pollution particulaire des mégapoles en chine · toluène, pptv bc, ng.m-3 bc data 18-19/08/2004...
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Pollution particulaire des mégapoles en Chine
aperçu des impacts climatiques et sanitaires
Journées Scientifiques de l’EnvironnementCréteil, 11 février 2009
Benjamin GUINOTLaboratoire d’Aérologie
CNRS-Toulouse III
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Concentrations moyennes de particules fines (PM2.5) en 2002, données satellite MODIS (Van Donkelaar et al., 2007)
> 50 µg/m3
WHO
Chine: Une pollution atmosphérique marquée par les particules en suspension
10-15 µg/m3
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4
PM10
, µg.
m-3
PékinParis
Concentration de particules dans l’air (PM10)
2003 2004
Paris
Pékin
PM10 x10 !
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PARIS
CAIRO
10/09/2003
09/09/2003
12/09/2003
13/09/2003
BEIJING
Des pollutions différentes d’une mégapole à l’autre
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Toutes les villes olympiques ont eu à gérer des problèmes de pollution majeurs
1964年东京奥运会(Tokyo)
1948年伦敦奥运会(London)
1976年蒙特利尔奥运会 (Mexico)
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1984年洛杉矶Los Angeles
1988年汉城Seoul
1996年亚特兰大Atlanta
2000年悉尼Sydney
2004年雅典Athens
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Xi’an
Beijing
Lanzhou
KachgarTaklamakan Desert
Tibetan Plateau
En Chine:
6000 km, 3 mois de vélo
Paris-Pékin à vélo, mai-novembre 2006
www.bicyclair.com
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Shanxi, 20km au sud de Shuozhou, Nov. 2006
Gansu, 30km à l’ouestde Lanzhou, Oct. 2006
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Hélène Cachier, Jean Sciare, Valérie Gros • LSCE, Gif-sur-Yvette Jean-Claude Roger • LaMP, Clermont-Ferrand
Yu Tong, Yu Jianhua, Wang Xin • Beijing EPB/Environ. Monitoring Center Liu Wenqing, Xie Pinhua, Wu Daxia, Liu Jianguo • AIOFM, CAS Hefei
Collaborateurs
Objectifs
Identifier les principales sources
Caractériser les processus de transformation des polluants
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approche expérimentale
choix des sitesSources d’émissionMétéorologie (vents)
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3 sites équipés
100 km
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CoulométrieMéthodes thermique et thermo optique
pour BC et OC
Prélèvements sur filtres selon la taille des particules
Chromatographie ioniqueIons majeurs (sulfate, nitrate, ammonium,
potassium, organiques solubles)
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Principe de la fermeture chimique en masse (Guinot et al., 2007)
Masse pesée = BC + OC + ions + n.d.
Poussières minérales
POM?
Matière organique
ions32%
n.d.46%
OC11%
BC4%
Ca2+
7%
Ce qui échappe àl’analyse
Dust?
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approche expérimentale
choix des sitesSources d’émissionMétéorologie (vents)
différentes durées d’observationSuivi intersaisonnier (2 ans) Campagnes intensives (1 mois)Manips ponctuelles
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suivi intersaisonnier (2 ans)
campagnes intensives (1 mois)
manips ponctuelles
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50
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4
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4
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4
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4
PM10
, µg.
m-3PM
10, µ
g.m
-3
2003 2004
Chauffage ChauffagePoussières
PhotochimiePhotochimiePhotochimiePhotochimiePoussières
Influence des sources saisonnières ?
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ions28%
Dust63%
n.d.2%
POM5%
BC2% POM
21%
BC7%
ions53%
Dust17%
n.d.2%
Particules fines (< 2,5 microns)
Particules grossières (< 2,5 microns)
Résultats annuels moyens (2003)
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0
4
8
12
16
2001
/03
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303
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3
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4
Date, mm/aa
Calc
ium
gro
ssie
r, m
g.m-3
.m
0
1
2
3Calcium
fin, mg.m -3.m
Calcium finCalcium grossierCalcium fin
Zoom sur les poussières minérales, fines et grossières
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Pékin20 janvier 2003
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22 août 2004
23 août 2004
24 août 2004
25 août 2004
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suivi intersaisonnier (2 ans)
campagnes intensives (1 mois)
manips ponctuelles
- Sources- Processus de transformation- Mécanismes de dispersion
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TEOM PM10 et PM2.5
Compteurs de particules par classes de taille CNC 3-200 nm/ GRIMM 300-10 000 nm
AethalomètresMesures de BC
par méthode optique
Impacteursen cascade 13 étages
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XXXX
XX
XX
XX
XX
Industries lourdes
Industries secondaires
Bio
mas
se
Sources non contrôlées
Beijing
Tianjin
Traffic
Production électrique
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0
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80
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6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Tri
chlo
roét
hylè
ne, p
ptv
0
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Toluène, pptvB
C, ng.m
-3
BC
Data 18-19/08/2004
Une pollution seulement due au trafic en centre-ville?
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XXXX
XX
XX
XX
XX
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0
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80
100
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6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Tri
chlo
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ne, p
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0
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Toluène, pptvB
C, ng.m
-3
BC
Data 18-19/08/2004
0
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2000
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7000
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9000
Toluène
Composés chlorés = traceurs d’émissions industrielles
Trichloroéthylène
Une pollution seulement due au trafic en centre-ville?
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XXXX
XX
XX
XX
XX
Beijing
Tianjin
Micro particules de suie
Aggrégats de suie
5 µm
Apports locaux et régionaux
Suie siliceuse
2 µm
© LISA
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Yufa
Changping
CGZ
Un bruit de fond régionalde particules NORTH
CENTER
SOUTH
PM 2.5, August 2004
BC POM Sulfate Nitrate Ammonium Other ions Dust
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SNA = Sulfate + Nitrate + Ammonium
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
06/08 11/08 16/08 21/08 26/08 31/08Date (2004)
µg/m
3
SNA NORTH
SNA CENTRE
SNA SOUTH
SNA = Sulfate + Nitrate + Ammonium
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
06/08 11/08 16/08 21/08 26/08 31/08Date (2004)
µg/m
3
SNA NORTH
SNA CENTRE
SNA SOUTH
BC NORTH
BC CENTER
BC SOUTH
Les niveaux sont entraînés par les particules secondaires
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XX
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PM10 - Année 2004
NORTH
CENTER
SOUTH
Dents de scie, ou cycles hebdomadaires de pollution
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0
100
200
300
400
23/08 24/08 25/08 26/08 27/08 28/08 29/08
PM10 CENTER
0
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300
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01/08 08/08 15/08 22/08 29/08
27
28
26 2524
23
29
PM 10
Year 2004
Les cycles journaliers se superposent
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0
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800
1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10
Année 2004
From Jia et al., JGR 2008
PM10
SNA = Sulfate + Nitrate + Ammonium
Chaque jour 15h00-17h00 : Instabilité thermique max.
Chaque jour, les minima PM correspondent aux concentrations de SNA
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600
800
1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10
Année 2004
From Jia et al., JGR 2008
REGIONAL
LOCAL
Principe de la méthode: SNA = pollution régionale
![Page 35: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/35.jpg)
0
100
200
300
400
02/07 09/07 16/07 23/07 30/07 06/08 13/08 20/08 27/08
PM10 CENTER
0
100
200
300
400
02/07 09/07 16/07 23/07 30/07 06/08 13/08 20/08 27/08
PM10 CENTERREGIONAL
0
100
200
300
400
02/07 09/07 16/07 23/07 30/07 06/08 13/08 20/08 27/08
PM10 CENTERREGIONALLOCAL
Exemple de l’été 2008 à Pékin
![Page 36: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/36.jpg)
NON POLLUTION EVENTS
21
60
34
53
22
42
81
41
72 71
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
JAN. 2003 AUG. 2003 AUG. 2004 JUL. 2008 AUG. 2008
µg/m
3
REG. µg/m3 LOCAL µg/m3
"NON" POLLUTION EVENTS
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
JAN. 2003 AUG. 2003 AUG. 2004 JUL. 2008 AUG. 2008
%
% LOCAL% REGIONAL
Pollution locale vs régionale depuis 2003
POLLUTION EVENTS
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
JAN. 2003 AUG. 2003 AUG. 2004 JUL. 2008 AUG. 2008
%
% LOCAL% REGIONAL
Summer 2008: Decrease of the regionalcontribution to BJ downtown PM:
> 77% to 62% during polluted days> 42% to 36% during clear days
![Page 37: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/37.jpg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
04/08 06/08 08/08 10/08 12/08 14/08 16/08 18/08Date (Year 2007)
µg/m
3
0
5
10
15
20
25
OC
/BC R
atio
SulfateOC/BC
Les composés organiques ! et plus particulièrement ceux de nature secondaire
PM 2.5 Data
![Page 38: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/38.jpg)
Pollution locale et régionale, en résumé:
D’après l’analyse chimique des filtres: la pollution secondaire est d’abord soutenue par les sels de sulfate et de nitrate
Abaisser cette pollution régionale revient donc à diminuer les sources de sulfate et nitrate (industrie et trafic)
D’après les analyseurs chimiques rapides: la pollution locale est principalement due aux composés organiques secondaires
Abaisser cette pollution passe donc en prioritépar la diminution des précurseurs de cette matière organique particulaire
![Page 39: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/39.jpg)
suivi intersaisonnier (2 ans)
campagnes intensives (1 mois)
manips ponctuelles
![Page 40: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/40.jpg)
Estimation des facteurs
d’émission
Dynamique verticale
Nécessaires à la modélisation climatique !
![Page 41: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/41.jpg)
Distribution verticale
![Page 42: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/43.jpg)
0
40
80
120
160
200
240
280
320
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
Alti
tude
, mVariations diurnes de la structure verticale
Distribution verticale
La journée: persistance d’une zone d’accumulation
La nuit: Couche de surface au minimum
![Page 44: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/45.jpg)
04080
120160200240280
1000 2000 3000 4000 5000
BC, ng.m-3
Alti
tude
, m
0
4080
120160
200240
280
6 8 10 12 14 16
N/BC
… et de formation de nouvelles particules
Distribution verticale
BC
L’effet de l’urbanisation: la canopée urbaine = zone stable d’accumulation des polluants
040
80120160200
240280
1.0E+04 3.0E+04 5.0E+04
Nombre de particules, cm-3
Nombre de particules (N)matinaprès-midi matinaprès-midi matin après-midi
N/BC
![Page 46: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/46.jpg)
nouveaux axes de recherche: études transdisciplinaires pollution-santé-coûtséconomiques
![Page 47: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/47.jpg)
Shanghai: Chongming Eco-Island
Beijing
BEIJING // SHANGHAIBEIJING // SHANGHAI
COASTAL CITIESEMISSIONS CONTROLEMISSIONS CONTROLNORTH CONTINENTAL CLIMATENORTH CONTINENTAL CLIMATE
Chongqing
Sites d’études pour manips innovantes
CHONGQINGCHONGQING
GO WEST POLICY»HEAVY INDUSTRIESHEAVY INDUSTRIESSOUTH SOUTH CONTCONT’’LL CLIMATECLIMATE
Beijing EMC/EPB IAP, CAS BeijingAIOFM, CAS Hefei
Fudan U., Shanghai CRAES / CAS Beijing SH Meteo. Bureau
CQ EPB / CAES CAS Xi’an CQ Univ. Hospital n°1 Tsinghua U., Beijing …
![Page 48: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/48.jpg)
CHONGQING
32 millions d’habitants Au cœur du « Bassin Rouge » Climat subtropical Industries lourdes traditionnelles En rapide développement
![Page 49: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/49.jpg)
Huang et al., 2006
AOD modélisée en juin1995
CHONGQING
![Page 50: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/50.jpg)
Impacteur en cascade 13 étages4 nm
Distribution en masse
10 µm
Epithélium
Tissu conjonctif
Muscle lisse
TOXICOLOGIE
![Page 51: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/51.jpg)
Cils: Ø 250 nm.
PM2,5
Epithélium
Cytokines(GM-CSF, IL-8…)
Cytokines
. .
.
Amphiréguline
© K. Donaldson
Effet mitogène = Remodelage bronchique
TOXICOLOGIE
![Page 52: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/52.jpg)
Impacts biologiques et sanitaires
MASSE
DIAMETRE DES PARTICULES
PM0.1Ultrafines
PM10 Thoraciques
PM2.5 Respirables
PM>10 Inhalables > 10 µm
2 à 10 µm
< 2 µm
Circulation sanguineCirculation sanguine
< 100 nmMASSE NOMBRE !
CARBONE SUIE
ORGANIQUES SOLUBLESINORGANIQUESPOUSSIERES MINERALES
ORGANIQUES INSOLUBLES
Non déterminé
CHIMIE et TAILLES des particules Stress
oxydant
Inflammation
aérosols
Cellule bronchique
Biomarqueurs de la réponse
pro-inflammatoire
TOXICOLOGIE
![Page 53: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/53.jpg)
En collaboration avec Francelyne MARANO et Armelle BAEZA du LCTC (Paris 7 Diderot)
TOXICOLOGIEDétails expérimentaux de l’exposition des cellules épithéliales aux polluants
![Page 54: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/54.jpg)
Phase 1 : Estimation expérimentale des fonctions dose-réponse par catégories d’âge d’un nombre défini d’individusvivant dans les zones d’étude (trafic routier, industries, cas-contrôle);
Phase 2 : Lien épidémiologique plus précis en utilisant uneinformation physico-chimique mieux détaillée (taille et composition chimique du mélange de polluants, mesures et modélisation)
Phase 3 : Etude de la prévalence de l’asthme chez les écoliers âgés d’au moins 9 ans, situés dans chacune des trois zones d’étude (trafic routier, industrielle, cas-contrôle).
EPIDEMIOLOGIE
![Page 55: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/55.jpg)
Court et moyen termes (1-4 ans)
Estimation de fonctions
Dose-réponse
Mesures/SIG/Modélisation des polluants
Par espèce Par classe de tailles
Concentrations
Taux d’exposition
Âge, genre, fumeur/non-fumeur, …
X =
X =Données de population
[en collaboration]
Taux dTaux d’’expositionexpositionpar TYPE DE SOURCES par TYPE DE SOURCES (sc(scéénarios du futur)narios du futur)
X
Concentrations
Bronchites chroniques;
Asthme;
Pathologies respiratoires;
Pathologies cardio-vasculaires;
Obstructions pulmonaires;
…
Données sanitaires [en collaboration]
Affections respiratoires/ cardio-vasculaires
Impacts sanitaires: Approche ÉPIDÉMIOLOGIQUE
Impacts sanitaires ?
Par exempleRéduction d’espérance de vie
Occurrence de pathologies
![Page 56: Pollution particulaire des mégapoles en Chine · Toluène, pptv BC, ng.m-3 BC Data 18-19/08/2004 Une pollution seulement due au trafic en centre-ville? XX XX XX XX XX XX. 0 20 40](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052501/6081b0861beb4d6f5a331c35/html5/thumbnails/56.jpg)
Merci