Schlüsselwörter
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Potentiel oxydant, poussières fines, mesures OP, Appareil de test, santé, instrument, aérosols, fraction particulaire
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Kurzbeschreibung
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L'influence des substances problématiques dans l'air sur la santé n'est pas seulement déterminée par leur masse, mais aussi par leur potentiel réactif. En particulier, le potentiel oxydant (Oxydative Potential OP) des poussières fines, à la surface desquelles des composés toxiques ou réactifs peuvent adhérer, ou de gaz oxydants tels que O3 et NOx, pourrait expliquer leur effet sur la santé. L'OP peut être mesuré à l'aide de diverses méthodes chimiques, telles que la méthode DDT, qui utilise le dithiothréitol (DTT) comme agent réducteur. Les échantillons examinés avec ces méthodes, par exemple des filtres, contiennent les particules solides (PM) mais pas les substances gazeuses. Dans le présent projet, une méthode va être adaptée et validée, permettant de mesurer le OP des substances solides et gazeuses en ligne et en temps réel. La méthode est basée sur le test FOX utilisant un mélange réactif contenant du Fe(II) comme agent réducteur, capable de réagir avec des agents oxydants. La combinaison du test chimique avec un système de détection optique permet l'automatisation de la mesure OP. L'inclusion d'une stratégie d'absorbance améliorée par multidiffusion (MEA) permet d’augmenter la sensibilité du système de détection optique (Brevet Unisante-PMU). Dans l'instrument actuel, l'air ambiant barbote dans une solution réactive fraîche de FOX et ce mélange circule en continu dans le système. Une pompe péristaltique transfère ce mélange réactif dans une cellule de mesure, où le changement de couleur correspondant à l'oxydation du Fe2+ en Fe3+ est suivi à l'aide de deux détecteurs de couleur (RVB). En utilisant un réservoir de 500 ml de FOX, des mesures continues d'une durée d'environ 6 heures ont déjà été réalisées. Cette durée correspondait à l'épuisement du réactif FOX du réservoir. Le dispositif doit maintenant être optimisé et validé, de manière à pouvoir opérer sur le terrain pendant plus d’un jour, sans intervention. La technologie originale a été développée et brevetée pour la détermination de l'OP dans l'air expiré en tant que nouveau biomarqueur non invasif associé à des pathologies respiratoires. Il n’est pas prévu de breveter l’appareil lui-même.
Le projet est une collaboration interdisciplinaire entre Unisanté-PMU - Département Santé au Travail et Environnement (DSTE) et la Direction de l'Environnement du Canton de Vaud - Section Air (DGE-Air), qui travaillent ensemble depuis longtemps.
Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside du 29.10.2021 à l’occasion de la séance de la Koko UT du 30.11.2021.
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Ergebnisse gemäss Vertrag
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1. Caractérisation de polluants atmosphériques par le test FOX:
Contributions relatives de O3, NOx et PM à OPFOX . Comparaison du OPFOX avec le OPDTT ; Un rapport intermédiaire décrit la réactivité de NOx, O3 et PM avec le test FOX et compare les valeurs obtenues pour les mêmes échantillons de PM pour le OPFOX avec le OPDTT. Jalon 1
2. Optimisation de l'instrument à lecture directe:
- Le système de collecte d'aérosols est sélectionné. Le signal de l'instrument en ligne suit la variation de concentration des oxydants testés dans la chambre lors de multiples répétitions avec une résolution temporelle d’environ 10 minutes. Jalon 2
- Les deux instruments de mesure directe OP identiques sont caractérisés avec les critères suivants : limite de détection < 10 pmol H2O2, intervalle dynamique de 10-2000 pmol H2O2, résolution temporelle d’environ10 minutes et une mesure continue de 24 heures. Jalon 3
3. Campagne de mesures avec les deux instruments à lecture directe:
Des mesures OP en ligne et au minimum durant 24 heures durant plusieurs jours consécutifs et simultanément sur deux lieux différents (deux stations de surveillance de la qualité de l'air dans la région de Lausanne) sont effectués; La base de données comprenant la mesure OP et les niveaux associés de NO, NO2, O3, PM10 et PM2.5 (obtenus auprès de DGE-Air) est créée et les données évaluées statistiquement. La collaboration avec la HEIA-FR est établie concernant la future connexion des instruments OP in situ pour la surveillance et la collection des données à distance. Jalon 4
4. Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 3.
5. Eléments de textes, illustrations et au moins 3 photos (voir annexe 3) pour l’impression de publications à l’adresse du public.
6. Une présentation des résultats avec PowerPoint sera effectuée à la fin du projet pour les personnes intéressées de l’OFEV.
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Projektziele
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Un instrument portable, robuste, sensible et reproductible basé sur la technologie FOX-MEA sera développé et validé dans différentes conditions environnementales (lieu, saison). Il permet au moins 24 heures de mesure continues de l'OP de la fraction particulaire aussi bien que gazeuse des aérosols avec une résolution temporelle de moins de 10 minutes.
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Beschreibung der Resultate
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De nombreux travaux scientifiques récents suggèrent que les propriétés oxydantes de l’aérosol ambient (particules et composés gazeux) pourraient être en lien direct avec l’apparition d’effets sur la santé humaine.
La mesure de ces propriétés oxydantes devrait se faire in-situ car certaines espèces réactives présentent de courtes durées de vie. Idéalement, des appareils à lecture directe devraient être utilisés, mais ne sont pas actuellement commercialement disponibles. L’objectif de ce projet était de développer et valider sur le terrain un instrument robuste à lecture directe capable de mesurer en continu le potentiel oxydant (PO) des polluants ambiants (particules et gaz) pendant au moins 24 heures avec une résolution temporelle inférieure à 10 minutes et une limite de détection d’environ 10 pmoles H2O2.
Le projet DIROP nous a permis de développer, construire et caractériser deux instruments à lecture directe pour la mesure du PO ambiant, basés sur le test FOX (Ferrous Orange Xylenol). Les spécifications mentionnées dans le projet ont pu être obtenues, à l'exception de la limite de détection (59±24 pmoles H2O2, correspondant à une concentration ambiante de 8±3 nmoles H2O2/m3). Cette limite de détection légèrement plus élevée obtenue expérimentalement ne pose pas de problème pour les mesures dans l'air ambiant car nous avons observé dans tous les tests effectués sur une station de mesure de la qualité de l’air à Lausanne que le signal du blanc était toujours inférieur au signal de l'aérosol échantillonné. Le prototype développé répond à l'ozone et aux particules (PM), tandis que le dioxyde d’azote ne semble pas contribuer à la mesure du PO avec le test FOX.
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Umsetzung und Anwendungen
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Le prototype dans sa configuration actuelle (boite de 40x22x28 cm, alimenté par le réseau et connecté à un PC) a une autonomie de trois jours de mesures (remplacement des réactifs). Les tests effectués durant trois mois dans une station de mesure de la qualité de l’air à Lausanne montrent qu’il est possible d’introduire ce nouveau type de mesures dans la caractérisation en continu de la qualité de l’air ambient. La contribution simultanée de l'ozone et des PM au signal de l'instrument développé pourrait être intéressante dans le cadre de la mesure de l’effet global de ces deux polluants sur la santé humaine. Bien que peu d'études scientifiques aient quantifié les effets sur la santé de la co-occurrence de l'ozone et des PM, les recherches existantes indiquent que l'exposition simultanée à ces deux polluants peut avoir des effets disproportionnés sur la santé, plus graves que l'effet individuel de l'un ou l'autre polluant.
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Weiteres Vorgehen
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Au niveau technique, des développements doivent encore être effectués :
- au niveau de la cellule de mesure afin de caractériser en particulier son efficacité de collecte des polluants et la stabilité de la résine (impression 3D) dans le temps;
- pour rendre l’appareil plus compact, autonome en énergie et plus convivial au niveau de la collecte et de la gestion des données ;
- pour améliorer la fiabilité des différents composants (pompes et vannes en particulier).
Au niveau scientifique, une meilleure compréhension des facteurs environnementaux (physiques et chimiques) influençant la mesure devrait être envisagée. D’autre part, une comparaison de cet instrument avec d’autres systèmes similaires mais basés sur des tests chimiques différents (FOX vs dithiothreitol ou acide ascorbique par exemple) devrait être envisagée.
La mesure du PO en continu ajoute une nouvelle dimension à la caractérisation des polluants atmosphériques. Cette métrique, potentiellement liée à des effets biologiques, permettrait une identification plus fine des sources polluantes ainsi que leur classement selon leur propriété oxydantes.
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Publikationen / Ergebnisse
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Papiers scientifiques (publiés) :
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