Plair (Système automatique pour la détection simultanée et l’identification de particules organiques en temps réel)

• Unité de recherche: OFEV
• Numéro de projet: UTF 528.04.16

Mots-clé (Français)

air, système de détection, quantification, pollens, polluants, particules fines, PM2.5, PM10, hydrocarbures aromatiques polycycliques, analyseur de particules, PA-300

Description succincte (Français)

Selon des études de l’Organisation mondiale de la santé, plus de 3.2  millions de personnes décèdent chaque année prématurément à cause de la pollution de l’air dans le monde. Selon des études de « European Federation of Allergy and Airways Diseases Patients Associations », 80 millions (plus de 24%) des adultes en Europe souffrent d'allergies et la prévalence chez les enfants est de 30 à 40%, tendance vers l’augmentation. L’asthme à elle seule génère 17,7 milliards d’Euros de coûts directs par an en Europe, ainsi que 9,8 milliards d’Euros de coûts indirects, et les pollens sont parmi les allergènes les plus importants qui provoquent l’asthme selon la Fédération Européenne de l'Allergie et de Maladies des Voies Respiratoires (EFANET). D’autre part, les méthodes analytiques existantes sur le marché ne permettent pas la détection et l’identification de manière fiable, simultanée et en temps réel des espèces de pollens et de certains polluants comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Cela mène à des analyses faites sur des échantillons analysés manuellement ou à des coûts élevés pour des appareils avec un champ de mesure restreint.  
De plus, il a été mis en évidence par la recherche scientifique qu’une interaction entre les particules fines et les pollens peut aggraver les symptômes d’une allergie.
Dans cette perspective, le système de détection automatique développé par Plair SA, associé à des modèles de prévision comme COSMO-ART de MétéoSuisse, devrait permettre aux services publics de fournir une meilleure information et alerte à la population.
Le PA-300 aspire l’air ambiant en continu et des lasers permettent des mesures simultanées et en temps réel des paramètres morphologiques et chimiques de chaque particule qui traverse le détecteur. L’analyse s'effectue en s'appuyant sur deux phénomènes physiques: Diffusion de la lumière et spectroscopie de fluorescence.

Plair SA a démontré la faisabilité technique de sa méthode d’analyse à l’aide de prototypes. Avec ce projet il est prévu de réaliser et de valider dans une situation d’application réelle une petite série d’appareils d’analyse de particules PA-300.

Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside, version du 16.11.2015 (annexe 1) à l’occasion de la séance de la Koko UT du 08.12.2015 (décision: annexe 2).

Résultats selon le contrat (Français)

1     Production de trois appareils basés sur le type d’analyseur de particules PA-300: Deux appareils d’analyse sont destinés aux mesures en ville et un appareil d’analyse est destiné à la calibration.

2     Données de tests fonctionnels des appareils d’analyse démontre qu’ils sont opérationnels. Jalon 1.

3     L’installation des appareils d’analyse à Genève et au Tessin est finie et les appareils d’analyse sont opérationnels.

4     Campagne de mesures d’une durée de 5 mois et leur comparaison des résultats avec ceux obtenues sur des appareils de référence:

          a. Les données récoltées des mesures de pollens par les détecteurs PA-300 sont analysées et comparées avec les résultats de méthodes de références (capteurs Hirst) fournis par MétéoSuisse.

          b. Les données récoltées des mesures de polluants du type particules fines (PM 2.5, PM 10) acquises par Plair SA sont analysées et comparées avec les données fournies par SABRA (Genève) et par les stations NABEL de Payerne et Cadenazzo. Les mesures des HAPs seront effectués par la méthode standard – analyse sur filtres. Jalon 2.

5     Plair SA préparera un document interne (non-public) contenant la liste et les caractéristiques principales des particules pour lesquelles la calibration a été effectuée lors de la campagne de mesure (points 4). Ce document sera partagé à titre informatif avec tous les partenaires du projet sur la base d’un échange confidentiel. Il ne sera pas publié vue la valeur potentielle de l’information qu’il contiendra pour des concurrents potentiels de Plair.

6     Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 5.

7     Eléments de textes et illustrations ou photos pour l’impression d’un fact-sheet à l’adresse du public.

8     Présentation des résultats lors d’un colloque scientifique à l’OFEV (avec présentation Power-point).

Objectifs du projet (Français)

Réalisation et validation sur deux sites d'un système automatique et fiable de détection, d’identification et de quantification de particules de pollens, ainsi que de polluants de type particules fines (PM2.5, PM10) ou hydrocarbures aromatiques polycycliques à l’aide d’un analyseur de particules basé sur le modèle PA-300.

Description des résultats (Français)

L’objectif du projet est de valider un système automatique, développé et fabriqué par Plair SA (le Rapid-E), permettant d'effectuer simultanément et en temps réel la détection, l'identification et la quantification de particules organiques telles que des pollens ainsi que de polluants.

Le présent projet a consisté en la construction de trois machines Plair Rapid-E, qui ont été par la suite mis dans trois sites se situant à Genève, Payerne, Magadino-Cadenazzo »pour réaliser une série de mesures de pollens allergisants et de certains polluants atmosphériques en continue pendant 5 mois..

Nous avons pu démontrer la fiabilité de la solution Plair pour la mesure en temps réel des poussières grossières (PM10-PM2.5), ainsi que des différents types de pollens. La comparaison avec les mesures des instruments standards a permis de mettre en évidence une corrélation moyenne de 90% pour une grande gamme de particules.

Pour les mesures de pollens, l’uniformité des instruments permet d’obtenir des résultats remarquables avec une capacité d'identification de 9 types différents de pollens avec une corrélation entre 80% et 95% par rapport aux méthodes standards.

Ce projet nous a permis de tester les appareils Rapid-E en réseau pendant plusieurs mois. Nous avons aussi déposé deux brevets durant l'année 2016 qui assure une protection de la technologie du Rapid-E.

Mise en oeuvre et application (Français)

Selon des études de l’Organisation mondiale de la santé, plus de 3.2 millions de personnes décèdent encore chaque année prématurément à cause de la pollution de l’air. La pollution de l'air est également connue pour avoir contribué à la prévalence croissante de l'allergie au pollen en influençant les plantes, les pollens, les voies respiratoires humaines et le système immunitaire. Selon des études de « European Federation of Allergy and Airways Diseases Patients Associations » (EFA), 80 millions (plus de 24%) des adultes en Europe souffrent d'allergies, qui génère € 17,7 milliards de coûts directs par an en Europe, ainsi que 9,8 milliards de coûts indirects.

Avec actuel projet, nous avons prouvé qu’il est possible de mesurer en temps réel de la pollution et pollens en même temps, en utilisant le système développé par Plair SA.  Dans cette perspective, cela permettra aux villes effectuer une meilleure information de la population pour générer une réduction significative des coûts de soins de santé dus aux allergies, à l'asthme ou à la pollution.

Suivi (Français)

Durant l’année 2018, Plair SA envisage à mener des travaux supplémentaires de recherche et développement afin d’élargir la plage de tailles optiques mesurées par Rapid-E et augmenter sa sensibilité aux poussières fines (plus petites que 2.5 um). En cas de réussite, nous planifions de certifier Rapid-E pour la mesure de PM2.5 et PM10 pour le rendre plus polyvalent pour les mesures environnementales.

Publications / Résultats (Français)

• Sousa, G., Kiselev, D., Kasparian, J. et al. Environ Sci Pollut Res (2017). 10.1007/s11356-017-9612-2. Cet article décrit l’utilisation du prototype de la machine Plair pour la détection des HAPs en temps réel.

• Kasparian, J., Hassler, C. et al. Scientific Reports 7, Article number: 45476 (2017). 10.1038/srep45476. Cet article décrit utilisation du prototype de la machine Plair pour la détection des bioaérosols marins.

• Propriété intellectuelle : Les deux brevets déposés durant l’année 2016 ont été transformés en applications PCT, soumis aux examens préliminaires d’experts pour publications et acceptations.