English

Accueil > Recherche > Equipes > HyDRIMZ : Eau, sol, sédiment, qualité > Thèses en cours et soutenues > Abdoulaye SAMAKÉ









Rechercher



OSUG - Terre Univers Environnement

Abdoulaye SAMAKÉ

soutenance en 2019

25 novembre 2016 ( maj : 26 septembre 2017 )

Étude des processus de transfert vers l’atmosphère et de l’impact sanitaire des émissions biogéniques des sols

directeur de thèse : Jean Martins, Gaelle Uzu (HyDRIMZ-IGE) et JL Jaffrezo (Chianti-IGE)

Thèse en financée par le ministère de l’enseignement supérieur du Mali

Date de début de thèse : octobre 2016

Les particules atmosphériques (PM) ont des impacts très importants sur le climat (Pöschl and Shiraiwa, 2015) et sur la santé humaine (affections respiratoires (asthmes broncho-pneumopathie chronique obstructive, aspergillose invasive ou non etc.), des affections cardiovasculaires, ou encore vers la méningite tuberculeuse (Eduard et al., 2012) (Baeza and Marano, 2007) (Pope III and Dockery, 2006) (DOUWES et al., 2003). Toutefois, la complexité des processus impliqués rend difficile la prédiction de ces impacts. Mieux comprendre les sources de ces PM et les mécanismes d’action est donc indispensable pour rendre plus pertinente la réglementation et améliorer la prédictions via la confrontation de modèles déterministes à des bases de données réelles détaillées (Waked et al., 2014).

La diversité des pathologies induites par les PM est associée à la nature très complexe des polluants particulaires atmosphériques (taille, concentration, composition etc.). La composition chimique des PM comprend une fraction relativement bien connue avec des espèces minérales et élémentaires, mais aussi une fraction organique qui reste encore mal caractérisée, bien qu’elle représente généralement la première composante en masse. La très grande variété de sa composition (plusieurs milliers d’espèces moléculaires inventoriées, mais aussi une part importante de macromolécules non spécifiques (Baduel et al., 2010) rend difficile la caractérisation de cette composition chimique et la compréhension des processus de sa formation et de son évolution. Pour avancer dans ce domaine, beaucoup d’études sont focalisées depuis une vingtaine d’années sur les espèces formées secondairement dans l’atmosphère (SOA : secondary organic aerosol) via différents processus homogènes et hétérogènes, mais une fraction massique importante résulte très probablement aussi d’émissions directes par des sources spécifiques, avec en particulier des sources biogéniques qui ont été proposées mais qui restent encore insuffisamment étudiées, telles que les pollens, les débris végétaux, les spores de champignons ou encore les particules organiques des sols émises suite à leur érosion éolienne, notamment.

Ainsi, parmi les composés organiques atmosphériques identifiés, des études menées depuis une bonne dizaine d’années ont montré une forte abondance de différents polyols (mannitol, arabitol, tréhalose, inositol, etc..) dans les PM (Simoneit et al., 2004). Ces polyols peuvent représenter une part importante de la fraction organique des PM : ils constituent en moyenne 10-13% des composés organiques atmosphériques dans des études sur des sites chinois, coréens ou indiens (Fu et al., 2012). Cette proportion est un peu moindre dans les quelques études européennes sur le sujet (mais avec un nombre plus restreint d’espèces analysées) (Yttri et al., 2007).

Les sources proposées pour l’origine de ces espèces chimiques dans l’atmosphère sont directement reliées aux pollens et algues ainsi qu’aux microorganismes des sols, et particulièrement aux bactéries ou à la flore fongique, pour laquelle ces polyols constituent des espèces chimiques importantes d’un point de vue biologique. En effet, les polyols (notamment le glycérol ou le ribitol phosphate) entrent dans la composition de l’acide téichoïque, un des principaux constituants des parois cellulaires des bactéries à Gram positif ou des champignons (chitine). Par ailleurs, comme chez beaucoup de végétaux supérieurs, lichens ou algues, les polyols sont utilisés par les champignons pour lutter contre les changements de potentiel osmotique cellulaire lié au stress hydrique (sécheresse estivale), aux faibles températures ou à une salinité élevée. Dans ces conditions difficiles, les polyols de faibles poids moléculaires (mannitol, ribitol, glycérol…), synthétisés et accumulés à de très hautes concentrations dans le cytosol, permettent aux cellules d’augmenter leur potentiel osmotique et maintenir leur turgescence. Les concentrations en polyols dans ces organismes varient donc fortement suivant les conditions climatiques et les stress ainsi induits, et pourraient expliquer, au moins en partie, les variations de teneurs en polyols dans les PM atmosphériques en lien avec leur émission à partir des sols, bien qu’aucune étude ne l’ait démontré jusqu’à présent. Caractériser l’émission de ces microorganismes (bactéries, champignons, algues…) depuis les sols vers l’atmosphère semble donc important pour mieux évaluer leur contribution aux PM atmosphériques et leur toxicité.

Les processus d’émission de polyols depuis les sols sont généralement reliés à la remise en suspension des constituants des sols (contenant des polyols) par les activités agricoles (passage d’engin, travail du sol, récoltes…) comme le propose Simoneit et al. (2004). Toutefois, plusieurs autres auteurs ont tenté de relier directement les teneurs en polyols dans les PM au nombre de spores fongiques présentes dans les aérosols (Bauer et al, 2008 ; Chow et al. 2015 ; Elbert et al, 2007 ; Zang et al. 2010 ; Burshtein et al., 2011). Malgré la description de plusieurs processus existants d’émissions de spores directement dans l’atmosphère selon des voies sèches ou humides (suivant les espèces fongiques) (Elbert et al., 2007), l’ensemble des études disponibles ne permet pas encore une vision convaincante du processus dominant d’émission de ces microorganismes vers l’atmosphère, en particulier entre la remise en suspension des sols de façon « naturelle » (érosion éolienne), des pratiques agricoles, ou l’émission directe des spores fongiques. Ainsi, ne sont pas expliquées les relations « nombre de spores vs concentration de polyols » qui ne sont pas linéaires, et aucune étude n’existe sur les éventuelles co-variations des concentrations de polyols avec celles des espèces élémentaires utilisables comme traceurs des sols (calcium, …).

C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse qui vise à mieux comprendre le rôle des sols dans l’émission de matière particulaire organique (PM) vers l’atmosphère en couplant des approches de chimies et de microbiologie appliquées à des PM collectées sur filtres et à des sols naturels sous différents couverts (naturel ou agricole).

Objectifs généraux de la thèse :

Caractériser les propriétés physico-chimiques et microbiologiques des sols qui sont susceptibles d’influencer et de piloter la teneur des PM en polyols,
Préciser les principaux mécanismes conduisant à la remobilisation des polyols vers l’atmosphère,
Caractériser chimiquement ces émissions biogéniques primaires et quantifier leur contribution aux PM atmosphériques ainsi que leur impact sanitaire via une mesure indicatrice, le potentiel oxydant.

Title : Atmospheric transfer and health impacts of biogenic soil emissions.

Objectives of the thesis :

1. Characterization of the physicochemical properties and microbiological characteristics of soils those are likely to influence and control the content of polyols in atmospheric PM. 

2. Identification of the main processes leading to the remobilization of polyols into the atmosphere.

3. Chemical characterization of these primary biogenic emissions and quantification of their contribution to atmospheric PM and their health impact, using an indicator measuring the oxidative potential.

To achieve these objectives, we propose to develop a multidisciplinary approach to link the physicochemical and microbiological parameters of soil in atmospheric chemistry, and taking into account the study of certain processes at interfaces. An innovative aspect of this thesis project will take account of the contribution of bioaerosols to oxidative potential of PM, almost feature never seen before.

Références citées

Baduel C, Voisin D, and Jaffrezo JL (2010) Seasonal variations of concentrations and optical properties of water soluble HULIS collected in urban environments. Atmos. Chem. Phys., 10, 4085-4095.

Bauer H, Schueller E, Weinke G, Berger A, Hitzenberger R, Marr IL, and Puxbaum H (2008) Significant contributions of fungal spores to the organic carbon and to the aerosol mass balance of the urban atmospheric aerosol. Atmos. Envir. 42, 5542– 5549

Burshtein N, Lang-Yona N, and Rudich Y (2011) Ergosterol, arabitol and mannitol as tracers for biogenic aerosols in the eastern Mediterranean. Atmos. Chem. Phys., 11, 829–839.

Chow JC, Yang X, Wang X, Kohl SD, Hurbain PR, Chen LWA, and Watson JG (2015) Characterization of ambient PM10 bioaerosols in a California agricultural town. Aer. Air Qual. Res., 15 : 1433–1447.

Elbert W, Taylor PE, Andreae MO, and Pöschl U (2007) Contribution of fungi to primary biogenic aerosols in the atmosphere : wet and dry discharged spores, carbohydrates, and inorganic ions. Atmos. Chem. Phys., 7, 4569–4588.

Fu P, Kawamura K, Kobayashi M, and Simoneit BRT (2012) Seasonal variations of sugars in atmospheric particulate matter from Gosan, Jeju Island : significant contributions of airborne pollen and Asian Dust in spring. Atmos. Envir., 55 : 234 2343.

Pope III CA, and Dockery DW (2006) Health effects of fine particulate air pollution : lines that connect. J. Air & Waste Manag. Ass. 56, 709-

Simoneit BRT, Elias V, Kobayashi M, Kawamura K, Rushdi AI, Medeiros PM, and Rogg WF (2004) Sugars - Dominant Water-Soluble Organic Compounds in Soils and Characterization as Tracers in Atmospheric Particulate Matter, Environ. Sci. Technol., 38, 5939-5949.YD

Waked A, Favez O, Alleman LY, Piot C, Petit JE, Delaunay T, Golly B, Besombes JL, Jaffrezo JL, and Leoz-Garziandia E (2014) Source apportionment of PM10 in an urban site using a PMF model applied on inorganic and organic chemical species. Atmos. Chem. Phys., 14, 3325-3346.

Yttri KE, Dye C, and Kiss G (2007). Ambient aerosol concentrations of sugars and sugar-alcohols at four different sites in Norway. Atmos. Chem. Phys., 7, 4267–4279.

Zhang T, Engling G, Chan CY, Zhang YN, Zhang ZS, Lin M, Sang XF,Li YD and Li YS (2010) Contribution of Fungal Spores to Particulate Matter in a Tropical Rainforest. Envir. Res. Lett., 5, 024010.