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19/07/2023

Lucille Borlaza étudie l'impact de la pollution atmosphérique sur la santé

Ask an Academic Series — Comment les chercheurs utilisent nos données

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Thomas Eldridge
Technology Evangelist
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Pour les chercheurs intéressés par les données météorologiques et climatiques, une source de données prêtes à l'emploi et facilement utilisables est inestimable pour éviter les étapes complexes de collecte et de nettoyage des données provenant de diverses sources. Chez Meteomatics, nous sommes enthousiasmés par les utilisations innovantes que les chercheurs font des données météorologiques, et nous les soutenons autant que possible.

Lucille Borlaza est une chercheuse en qualité de l'air vivant et travaillant actuellement à New York. Pendant son travail de post-doc à l'Université Grenoble Alpes, en France, elle a étudié les effets de la pollution due aux particules fines sur la santé. Dans un article intitulé “Impact of COVID-19 lockdown on particulate matter oxidative potential at urban background versus traffic sites”, son groupe a utilisé les données de Meteomatics pour étudier les conséquences sanitaires potentielles de la réduction de l'utilisation des véhicules à combustion pendant le confinement.

Pollution atmosphérique et santé humaine

La pollution est un terme très large qui désigne généralement les substances introduites dans l'environnement par l'activité humaine. Les polluants peuvent prendre différentes formes - solide, liquide, gazeuse - et peuvent avoir des effets différents en fonction de leur composition physique et chimique. L'article de Lucille portait sur les particules, nom collectif donné à une variété de solides microscopiques de diverses espèces chimiques, qui sont suffisamment petits pour être en suspension dans l'air et peuvent facilement être inhalés.

La présence de particules dans l'atmosphère dépend d'un certain nombre de facteurs. La météorologie joue un rôle crucial dans la formation, le transfert, la dispersion et la concentration des matières dans l'atmosphère. La stabilité atmosphérique, la configuration des vents et les précipitations ont des effets particulièrement importants à cet égard. Ces facteurs varient selon les saisons et au fil des jours.

En outre, il existe des sources anthropiques (combustion de combustibles) et naturelles (feux de forêt) de particules, qui varient toutes deux en fonction des saisons : la combustion de combustibles pour le chauffage est plus importante en hiver, par exemple, tandis que les feux de forêt sont plus fréquents en été.

L'étude de Lucille porte sur le potentiel d'oxydation (PO) des particules. Les espèces présentes dans les particules ont une toxicité différente, certaines étant plus nocives que d'autres. Le PO est défini comme la capacité des particules à générer des espèces réactives de l'oxygène. Lorsque cela se produit dans les poumons, cela peut entraîner une augmentation du stress oxydatif, ce qui peut conduire à des réactions inflammatoires et à la mort cellulaire. Le PO est donc un moyen de quantifier non seulement la quantité d'un polluant, mais aussi ses effets néfastes sur la santé humaine. Lucille espère que cela aidera les décideurs politiques à savoir où les efforts doivent être concentrés, lors de la gestion des sources de pollution, afin d'avoir le meilleur impact sur la santé.

Dans le cadre de cette étude, l'équipe de Lucille a comparé les concentrations de particules au printemps 2020 avec des données historiques et un scénario de statu quo. Les restrictions en vigueur à l'époque en raison de la COVID19 offraient une occasion unique d'étudier l'impact d'une réduction significative de l'activité humaine sur les niveaux de polluants et leurs risques pour la santé.

Sebastian meier TSH1fi DZASE unsplash

Heure de pointe à la gare centrale de Berne, en Suisse.

Méthodes et techniques d'étude

Lucille a comparé deux sites : l'un à Grenoble, en France, et l'autre à Berne, en Suisse. Le site de Grenoble constituait un site de "fond urbain" car, bien que la zone soit construite et donc non exempte de l'impact du comportement humain sur la qualité de l'air, les restrictions de confinement n'ont pas entraîné de différence significative dans le volume de trafic autour du site. En revanche, les observations de Berne ont été obtenues sur un site routier directement adjacent à la gare principale, où le trafic a été réduit de manière significative au cours de la période d'étude.

Sur chacun de ces sites, l'étude compare les mesures de polluants de la moyenne historique à long terme pour la période donnée de l'année avec les observations collectées pendant la période de confinement. La différence de pollution entre les deux sites étant largement attribuée au trafic, les chercheurs ont pu quantifier l'effet du trafic sur la qualité de l'air.

L'équipe de Lucille a reconnu que la tendance générale des polluants dans l'ensemble des données historiques sur 20 ans était à la baisse, et donc que la différence entre les niveaux de pollution pendant le confinement et la moyenne historique pourrait ne pas donner la représentation la plus précise des effets de la réduction du trafic, puisqu'une partie de l'effet pourrait être attribuée à la tendance.

Elle a donc décidé de répéter les comparaisons, cette fois par rapport à un ensemble de données "business as usual". Ces données synthétiques cherchent à représenter le niveau de pollution anticipé sur les deux sites en l'absence de confinement, en prenant en compte la tendance existante.

C'est là qu'interviennent les données Meteomatics. Étant donné que chaque année, y compris 2020, connaît des conditions météorologiques différentes, un scénario "business as usual" précis ne pouvait être construit que si l'effet des conditions météorologiques sur les concentrations de polluants pouvait être pris en compte. Pour ce faire, Lucille a utilisé un modèle d'apprentissage automatique appelé "forêt d'arbres décisionnels" et une sélection de variables météorologiques pertinentes. Elle a entraîné le modèle à l'aide de conditions météorologiques historiques et des observations correspondantes, puis l'a utilisé pour créer son scénario "business as usual". J'ai interrogé Lucille sur son expérience de l'utilisation des données Meteomatics :

"J'étais au milieu de mon analyse et j'ai réalisé que j'améliorerais grandement le modèle si je disposais de données météorologiques, mais l'acquisition de celles-ci n'est pas très facile dans le milieu universitaire, il y a tellement d'étapes à franchir. J'ai trouvé Meteomatics, je vous ai contactés, la réponse a été très rapide, la résolution temporelle des données météorologiques est vraiment bonne et l'emplacement des [données] météorologiques était exactement là où j'en avais besoin"

Lucille borlaza
Lucille Borlaza
Aerosol Scientist
The State University of New York
J'ai trouvé Meteomatics, je vous ai contactés, la réponse a été très rapide, la résolution temporelle des données météorologiques est vraiment bonne et l'emplacement des [données] météorologiques était exactement là où j'en avais besoin.

Résultats

Comme prévu, sur le site de fond urbain, les changements dans les concentrations de particules en 2020 ont été modestes, en particulier par rapport au scénario "business as usual", ce qui suggère que la plupart des différences observées peuvent être attribuées à la tendance existante. Sur le site sensible au trafic, en revanche, les différences étaient plus prononcées. Des différences statistiquement significatives entre les ensembles de données d'observation et le scénario "statu quo" ont été constatées pour les concentrations de particules.

La différence concernant les POs est plus difficile à interpréter. L'une des difficultés réside dans le fait que le PO doit être mesuré en observant la réaction des tests à la matière à laquelle il est exposé, et que les différents tests réagissent différemment aux diverses espèces chimiques présentes dans les particules, ce qui signifie que les résultats peuvent varier en fonction de la source de la matière. Parmi les tests utilisés dans cette étude, l'un était plus sensible aux substances organiques produites par la combustion du bois, tandis que l'autre était plus sensible aux émissions des moteurs à combustibles fossiles. L'une des principales conclusions de l'étude de Lucille est donc que, bien que la réduction du trafic ait un effet significatif sur la présence de certains types de particules dans l'atmosphère, d'autres types de pollution, en particulier celle provenant du chauffage domestique au bois, continuent de contribuer de manière significative aux risques sanitaires.

Depuis qu'elle a terminé cette étude, Lucille s'est installée à New York, où elle effectue des recherches sur les composés organiques volatils à l'Université d'État de New York. Ses recherches actuelles ne portent pas sur les PO, mais elle souhaite vivement les intégrer dans ses recherches à l'avenir. Elle espère que, d'ici trois à cinq ans, il s'agira d'une mesure couramment utilisée pour étudier les impacts de la pollution, et elle a exprimé un intérêt particulier pour l'utilisation de cette mesure afin d'étudier des séries temporelles de données sur la pollution à haute résolution, de sorte que les causes précises d'une pollution nocive puissent être retracées plus directement.

A propos de l'Université Grenoble Alpes

L'Université Grenoble Alpes est une université publique de recherche située à Grenoble, en France. Fondée en 1339, elle est la troisième plus grande université de France, accueillant environ 60 000 étudiants et plus de 3 000 chercheurs.

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