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• Aérosols et particules

DATE DE CLOTURE : 26 mai 2003

Depuis plusieurs années, il a été montré que la pollution atmosphérique, en particulier celle constituée par les particules fines, avait des incidences sur la santé et l'environnement. Afin d'améliorer l'efficacité des politiques publiques en la matière, des travaux de recherche sont en particulier nécessaires pour mieux connaître les aérosols (particules fines à ultrafines, formation, cycle de vie) et leurs impacts sur la santé, le bâti et les écosystèmes.



Les thèmes retenus sont :
1. Les particules et aérosols : particules fines à ultrafines, formation, et modélisation du cycle de vie de l’aérosol
2. Physico-chimie des particules émises parLes impacts des aérosols sur la santé
3. Les impacts des aérosols sur le bâti et les écosystèmes

initiation et aggravation de l’asthme chez les personnes sensibles et les enfants, accroissement des admissions dans les hôpitaux pour bronchites, crises d'asthme et autres maladies respiratoires, effets sur le système cardio-vasculaire. Dans le cadre réglementaire européen et national et dans l’optique d’une politique de santé publique, des mesures de PM10 (particules de taille inférieure ou égale à 10 micromètres - µm) se sont généralisées. Plus récemment, un intérêt s’est manifesté pour les PM2.5 qui pénètrent jusqu'aux alvéoles pulmonaires et qui, si elles sont hydrosolubles, peuvent voir leurs composants passer directement dans le sang. Le précédent programme PRIMEQUAL 2-PREDIT avait déjà abordé la problématique "aérosols" et s’était interrogé sur les sources de particules, sur les proportions relatives des particules d’origines anthropique et naturelle ainsi que sur les questions du vieillissement et du suivi de certaines particules de nature organique. Les apports urbains de particules métalliques avaient également été abordés. Afin de mieux répondre à la demande exprimée par le Comité d’Orientation (CO) du programme PRIMEQUAL 2-PREDIT, une réflexion scientifique approfondie devait être effectuée afin d’orienter les recherches pour une meilleure efficacité et une sélection d'objectifs prioritaires. Dans ces conditions, il était nécessaire d’effectuer un bilan sans complaisance de l’état des recherches en ce domaine, qu’il s’agisse des aspects fondamentaux ou appliqués, de combler les lacunes et d'identifier des créneaux de recherche dans lesquels la communauté scientifique française serait susceptible d'avoir un rôle de premier plan au niveau international. Le programme PRIMEQUAL 2-PREDIT et le Programme National de la Chimie Atmosphérique (PNCA), représentant une grande partie de la communauté scientifique française s’intéressant à la pollution et à la chimie atmosphérique, ont ainsi organisé, les 21 et 22 novembre 2002, un séminaire de recherche sur l'aérosol atmosphérique. Il avait pour vocation de faire le point des connaissances sur les sources de particules, leur métrologie, leurs teneurs dans l’air "extérieur et intérieur", leurs effets sur la santé considérés à la fois à partir d’études toxicologiques et épidémiologiques et leurs impacts sur le bâti et les écosystèmes. Ce séminaire a permis d’une part de distinguer un ensemble de questions de recherches innovantes et d’autre part de montrer la nécessité d’aborder ces questions par des approches scientifiques transversales fédérant différentes disciplines. Suite à la synthèse des questions de recherche soulevées par le séminaire et après une concertation au sein du programme PRIMEQUAL et auprès des organismes intéressés par les champs d’applications, plusieurs thèmes de recherche ont été retenus. Le but de cet appel à propositions est ainsi de favoriser des projets "intégrés" allant des sources aux effets : l'objectif est que ceux-ci représentent 80% des projets sélectionnés. Des équipes étrangères peuvent apporter leurs compétences à des projets dont la responsabilité scientifique est française. Compte tenu des difficultés des approches «intégrées» qui nécessitent de faire coopérer des acteurs de disciplines différentes, l’appel à proposition de recherche fonctionnera en deux temps. Il sera tout d’abord demandé aux chercheurs, dans une lettre d’intention (modèle ci-joint), de présenter de façon succincte les projets qu'ils souhaitent bâtir et réaliser. Ils devront y indiquer les questions posées, les hypothèses avancées, les méthodes de travail et les protocoles qui seront suivis, les différents acteurs impliqués et enfin les liens éventuels et la complémentarité de leurs propositions avec les actions de recherche du PNCA, de l'Union Européenne ou d'autres institutions. Les lettres d’intention seront analysées et évaluées par le Conseil Scientifique (CS) au regard des priorités définies par le programme PRIMEQUAL 2- PREDIT. Le Comité d'orientation sélectionnera les projets devant faire l'objet d'une proposition de recherche complète avec évaluation approfondie du coût. Les instances se réservent la possibilité d'inciter à des collaborations ou à des regroupements entre projets.

I - LES PARTICULES ET AEROSOLS : PARTICULES FINES A ULTRAFINES, FORMATION ET MODELISATION DU CYCLE DE VIE DE L’AEROSOL

I.1 Particules fines à ultrafines

Rappelons que les particules fines peuvent être définies comme ayant une taille inférieure à environ 2,5 micromètres tandis que les ultrafines sont d'une taille inférieure à 0.1 micromètres. Se donner les moyens d’étudier leurs sources, leur composition et les niveaux d’exposition est une priorité, nécessitant des réponses aux questions mentionnées ci-dessous.

• Quels développements permettraient d'améliorer les technologies et les instruments de mesure des particules en général, et/ou des particules ultrafines, avec une visée opérationnelle tant pour une surveillance dans l’air ambiant que pour des mesurages dans les locaux ou l'évaluation de l’exposition individuelle ? On s’intéressera aux métrologies permettant d’accéder à la masse, au nombre de particules et aux espèces chimiques : les dispositifs devront être adaptés à la mesure environnementale et individuelle des particules, à leur collecte spécifique préservant leurs propriétés physico-chimiques et celles de leur environnement.

• Quelles sont, en termes de spéciation et de distribution granulométrique, les approches à privilégier afin de disposer de traceurs de sources performants ? Quels outils sont à développer permettant une meilleure caractérisation et quantification des émissions et in fine l'élaboration de stratégies de réduction plus efficaces ?

• Quelles sont les caractéristiques physiques, chimiques et biologiques des particules à l'inté-rieur des locaux ? Quelle est l’influence de la conception du bâtiment et celle du mode de ventilation ou de climatisation sur la nature des particules présentes ?

• Quels sont les liens entre les données de PM10 acquises dans les réseaux de surveillance et les niveaux de particules fines ou ultrafines dans l'air ambiant ? A ce propos, il est à souligner qu'une base de données sur la qualité de l'air, alimentée par les réseaux de surveillance de la qualité de l'air et gérée par l'ADEME, permet l'accès à l'ensemble des données PM10 en France. Il apparaît également important de développer des outils opérationnels permettant de prévoir les niveaux de particules afin d’informer les décideurs et les populations en cas de risques de dépassement des seuils réglementaires ou des valeurs recommandées pour la protection de la santé.

La caractérisation des émissions primaires fait l'objet de travaux dans le cadre d'autres programmes tels que le PREDIT, par exemple en ce qui concerne les émissions par le trafic. Des travaux réalisés sous l'égide de l'ADEME ont déjà montré l'impact très positif des dispositifs de filtration récemment développés pour certains véhicules. Des études en situations réelles portant sur l'efficacité des différents filtres automobiles utilisés restent cependant encore à développer ainsi que l’analyse de composés chimiques qui resteraient présents dans les émissions.

I.2 Formation et modélisation du cycle de vie de l’aérosol

Il conviendra non seulement de se doter d’outils d’observations mais aussi de développer les connaissances quant à l’évolution ("vieillissement") des aérosols entre leurs sources et le point d’impact, permettant une modélisation optimisée du cycle de vie d’une particule. Dans ce contexte, les questions qui ont été jugées prioritaires sont les suivantes :

• Quelles sont les origines des particules fines et ultrafines en milieu urbain ou plus généralement dans les zones d'exposition des populations ?

• Comment caractériser et quantifier la contribution des processus (photo)chimiques de formation (aérosols secondaires) et celle du transport atmosphérique à longue distance ?

• Comment caractériser les particules organiques et plus particulièrement l'aérosol organique secondaire et l’aérosol de combustion ?

• Quelles sont les différences observées entre la composition surfacique, caractérisée par ses groupes chimiques fonctionnels, et la spéciation chimique de la particule prise dans son ensemble ?

• Quelle est la composition chimique des phases organiques (HAPs et leurs dérivés nitrés et oxygénés, quinones, cétones, aldéhydes et acides organiques) et minérale (éléments métalliques et notamment le fer, le cadmium, le vanadium et le chrome) de l'aérosol atmosphérique et la biodisponibilité des éléments présents ?

• Comment décrire le vieillissement des particules carbonées et organiques en terme de changement de leur composition surfacique ? Quel est l'effet de ce vieillissement, notamment pour les particules issues de la combustion, sur l'interaction avec les tissus biologiques in vivo et in vitro ? Quels changements, induits par le vieillissement chimique et/ou photochimique atmosphérique, conduisent à des modifications de l'impact environnemental et sanitaire des aérosols ?

• Quelle est la responsabilité des particules atmosphériques dans la dissémination des métaux de transition, des pesticides et des composés organiques persistants tels que les HAPs et les PCBs ?

• Quels outils développer pour la prévision des concentrations de particules (modèles statistiques ou déterministes) ?

II - LES IMPACTS DES AEROSOLS SUR LA SANTE

Les impacts sur la santé pouvant se manifester sous de nombreux aspects, les approches épidémiologique, d'intervention, toxicologique à l’échelle humaine et animale, in vitro et in vivo, pourront être proposées. Les questions prioritaires à prendre en compte sont les suivantes :

• Quel est dans l'organisme le devenir des particules fines et ultrafines ? Quelles sont leurs biopersistance et biodisponibilité et par quel(s) mécanisme(s) franchissent-elles les barrières épithéliales ? Peuvent-elles avoir des effets sur d'autres systèmes que le poumon et l'appareil cardiovasculaire et notamment sur les systèmes reproductif et rénal ? Quels sont les mécanismes biologiques pouvant expliquer l’impact des particules, notamment des ultrafines, sur l’appareil cardio-vasculaire ?

• Quels sont les mécanismes physiologiques de la déposition, de la mobilisation biologique et de l’élimination par l’organisme (relations gaz-particules , biodisponibilité, solubilité, métabolisation, notamment pour les HAP) ?

• Quels sont les composants de ces particules responsables des effets sur la santé ? En particulier, quel est le rôle des métaux non encore réglementés ainsi que celui des molécules organiques issues de la photo-oxydation des particules ou de leur nitration (quinones, semiquinones et dérivés nitrés, nitroHAP) ?

• Quels sont les effets à long terme de l'exposition aux particules atmosphériques et peut-on améliorer la connaissance des relations dose-réponse ? Peut-on, à partir des données des réseaux de surveillance, procéder à des évaluations de risques ?

• Quels sont les effets sur la santé de l’interaction des particules atmosphériques avec d’autres aérocontaminants gazeux ou particulaires tels que les pesticides, les endotoxines et les allergènes plus particulièrement présents dans les ambiances intérieures ?

• Quels sont les sujets qui présentent des risques accrus et quels sont les facteurs de susceptibilité de nature environnementale et/ou génétique et en particulier quels sont les risques chez les enfants, les personnes âgées et les malades ?

• Peut-on mettre en évidence des marqueurs d’exposition spécifiques aux particules atmosphériques utilisables par les épidémiologistes ?

Pour l’ensemble de ces questions, il conviendra d’encourager dans la mesure du possible les expérimentations les plus proches du contexte réel.

III - LES IMPACTS SUR LE BATI ET LES ECOSYSTEMES

De manière générale, les impacts de la pollution sur le bâti et les écosystèmes sont assez peu connus, et étudiés par un nombre limité d’équipes. Ce thème demande un investissement pluridisciplinaire, alliant des compétences dans le domaine des transferts de la source au bâtiment ou à la végétation et des connaissances plus spécifiques sur les modalités d’impact. En outre, il faut noter le risque de confusion d’effets entre la pollution gazeuse et la pollution particulaire, dès qu’on s’intéresse à la composition chimique de l’« agresseur polluant ». Les questions pour lesquelles on attend des réponses sont les suivantes :

• Quelles sont les fonctions de transfert des particules atmosphériques sur les bâtiments et sur la végétation? Comment modéliser le dépôt et la remise en suspension des particules ?

• Comment se comporte la surface des bétons, mortiers, ciments, enduits, métaux, verres, peintures et plastiques vis à vis des particules ?

• Quels sont les effets des pollutions intérieures particulaires sur le patrimoine mobilier et immobilier dans les musées, les bibliothèques, les archives et les églises ?

• Quels sont les effets directs (absorption) et indirects des particules sur les écosystèmes ? Peut- on quantifier ces différents effets et les hiérarchiser dans diverses conditions de pollution, en particulier en zone urbaine ou rurale ?

Les déclarations d'intention autour de l'une ou l'autre de ces questions du point III devront comporter les raisons des choix des matériaux, des espèces ou des lieux étudiés, au regard des effets ou des risques et viser également le recueil de données directement utiles à la réalisation de cartographies des effets et des risques (seuils et charges critiques ou acceptables) dans l'esprit des travaux développés au sein des Programmes Internationaux Concertés (PIC) de la convention de Genève sur la pollution de l'air à longue distance. Les recherches visant la participation à ces PIC feront l'objet d'une attention particulière.




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