Sujet Master 2 en géochimie atmosphérique : qualité air et impacts sanitaires

Contexte :
Les particules présentes dans l’atmosphère (particulate matter, PM) présentent de très nombreux impacts, allant de la contamination des milieux jusqu’à une implication forte dans le changement climatique, en passant par des effets sur la santé humaine. Ces particules sont émises dans l’air par une multitude de sources, tant naturelles qu’anthropiques, et présentent de ce fait une énorme diversité de compositions chimiques et de caractéristiques physiques, avec des dynamiques d’évolution dans l’atmosphère (« espèces à courte durée de vie ») bien plus grandes que celles du CO2 par exemple. Bien que très largement étudiées depuis des décennies, il reste encore des pans entiers de domaines pour lesquels des recherches poussées sur ces PM sont nécessaires pour de meilleures caractérisations de ces évolutions et effets, compréhension et quantification des sources, et développement des études nécessaires pour évaluer les impacts sanitaires. Le sujet proposé se place à cette croisée des thématiques, avec un volet traitant de la géochimie des PM, un aspect relié au développement d’outils innovants pour la quantification de la contribution de source d’émissions, et une partie traitant de l’évaluation de l’impact sanitaire via un nouvel indicateur, le potentiel oxydant (PO).

Sujet
Le sujet se place dans le cadre d’un large projet européen RI-Urbans1. Ce dernier vise à définir les prochains outils de mesure de la qualité de l’air issus des dernières avancées des recherches qui pourront être transférés vers les services européens opérationnels de surveillance. Dans ce cadre, des campagnes de prélèvement ont pris place pendant l’année 2022-23 sur 3 sites européens en parallèle : Paris, Athènes, Barcelone. Ces campagnes rassemblent plusieurs milliers d’échantillons de PM qui ont été analysées pour un très large corpus d’espèces chimiques et de propriétés. Cette caractérisation inclut des aspects très innovants, avec par exemple de nombreux acides organiques témoignant de l’oxydation de la matière organique particulaire, des sucres des émissions biogéniques ou encore des analyses du PO selon différentes méthodologies. Selon cette perspective, et en raison des 3 sites échantillonnés en parallèle, cette base de données est réellement unique et permet des recherches de pointe sur les évolutions des caractéristiques, des sources, et de leur impact sanitaire pour les PM dans ce type de milieu. La base de données parisienne comporte des traceurs complémentaires.
Le sujet porte plus précisément tout d’abord sur le développement des méthodes de quantification des contributions des différentes sources d’émissions des PM aux observations, en travaillant avec une méthode de type Positive Matrix Factorization (PMF), qui devient largement utilisée dans la littérature, mais en cherchant à l’adapter avec les nombreux nouveaux traceurs chimiques qui ont été mesurés. Les 3 villes seront comparées et une analyse plus poussée sera réalisée sur la ville de Paris en incluant des traceurs innovants des émissions biogéniques. Une seconde partie du travail traitera de la déconvolution des contributions des sources au Potentiel Oxydant, ce qui revient à déterminer quelles sont les sources qui ont le plus d’impact sur la santé. Cet aspect est fondamental car les études menées dans notre groupe depuis plusieurs années montrent que la répartition des sources d’émissions sont très différentes en fonction de leur contribution au PO ou la masse des particules.

1 https://riurbans.eu/