On sait que de nos jours, la pollution aérienne constitue un risque majeur pour la santé. Les laboratoires des professeurs Marichal et Cataldo de l'Université de Liège ont notamment investigué les effets potentiels de polluants atmosphériques sur le poumon et ont démontré que l'exposition à de fortes concentrations d'ozone augmentait fortement le risque de développement d'asthme allergique, ainsi que la formation de métastases pulmonaires. La mesure des polluants atmosphériques classiques (oxyde d'azote, ozone, particule fine) est néanmoins aujourd'hui facilitée par l'évolution des capteurs et de l'électronique. Dans ce cadre, plusieurs types de systèmes de mesure, accessibles, ont été conçus et mis au point par la HEPL et son centre de recherche associé, le CECOTEPE. Au cours de cette rencontre, plusieurs d’entre eux seront présentés ainsi que les résultats de mesure en environnement contrôlé et en conditions réelles. Pour illustrer ces résultats, les mesures enregistrées par différents réseaux de surveillance de l’ISSeP avant, durant et après la période de confinement seront notamment analysées pour évaluer l’impact de cette période sur la qualité de l’air. Enfin, le champ des utilisations potentielles des systèmes économes sera évoqué en fonction de la nature des paramètres mesurés et des objectifs de qualité des données rencontrés par ces appareils.

1. Vendredi 23 octobre 2020
Des capteurs pour surveiller la pollution
atmosphérique : un enjeu de santé
publique
Valery Broun (HEPL, Province de Liège), Fabian
Lenartz (ISSeP), Coraline Radermecker (Cellular
and Molecular Physiology, GIGA-R ULiège)

2. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :

3. 22nov.22
2018
2222
2018
22Des capteurs pour surveiller la pollution
atmosphérique: Un enjeu de santé
publique
Antilope

4. 22nov.22
2018
2222
2018
22
2
0. Ecole & centre de recherche
Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative
www.isil-electro.be
isil-electro

5. 22nov.22
2018
2222
2018
22
3
1. Les modules Antilope
Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative
Assessment of Indoor Outdoor Pollutants Exposure
• Bonne résolution spatiale ( station mobile)
• Bonne résolution temporelle ( 1 mesure par seconde)
• Low cost (+/- 500€ )
• … donc moins précis.
Mesures effectuées :
• Particules fines (PM2,5 - PM10 - PM1)
• Monoxide d’azote (NO)
• Dioxide d’azote (NO2)
• Ozone (O3)
• Température
• Humidité relative
• Pression
• Position et accélération

6. 22nov.22
2018
2222
2018
22
2. Capteur de particules fines
Exemple : Capteur de particules fines
Honeywell ou Sensirion
Taille des particules : 2,5 µm
Gamme de mesure : 0 1000µg/m³
Figure 2. Principe de mesure des particules finesFigure 1. Exemples de capteurs PM
4Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

7. 22nov.22
2018
2222
2018
22
3. Capteur de gaz électrochimiques
http://www.alphasense.com/index.php/air/products/
Figure 3. Famille de capteur électrochimiques Alphasense
• NO
• NO2
• NO2+ O3
Figure 4. Principe de fonctionnement
d’un capteur électrochimique
Capteurs électrochimiques très délicats !
 offset et gain
 Vieillissement du capteur
 Dépendance avec température
 Interférence avec d’autres polluants
 Variation de mesure très faible
 Polarisation du capteur
ppm : part par million (0,000001) ppb: part par milliard (0,000000001)
Mesure demandée : 0 à 962 ppb
Mesure possible : 0 à 20 ppm
5Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

8. 22nov.22
2018
2222
2018
22
4. Premier prototype – Antilope V1
Electronique
‘Alphasense’
Electronique
‘Home made’
6Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

9. 22nov.22
2018
2222
2018
22
5. Antilope V3
7Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

10. 22nov.22
2018
2222
2018
22
Principe : Mesure en cuve et injection de matrice de gaz connue
Graphique : Concentration en polluant (axe Y) par rapport au temps (axe X)
6. Premières mesures - Comparaison
Figure 6. Utilisation du LMP91000Figure 5. Analog Front End de Alphasense
Bruit important
8Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

11. 22nov.22
2018
2222
2018
22
 Compensation de l’offset
 Ajustement du gain
7. Traitement des données
 Moyenne glissante sur 1 minute
 Réduction du bruit de mesure
Figure 7. Moyenne glissante de la mesure Figure 8. Mesure corrigées
9Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

12. 22nov.22
2018
2222
2018
22
8. Comparaison avec analyseur de gaz professionnel
Figure 9. Comparaison Alphasense- Antilope – Mesure professionnelle
10Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

13. 22nov.22
2018
2222
2018
22
9. La famille s’agrandit…
• Version fixe
• Mesure plus précise
• Rapatriement des
données via GPRS
• Base Saïga
• Mesure de bruit
• Mesure avec capteurs
MOX
• Base Saïga/Antilope
• Version embarqué pour
automobile
• En développement
• Version simplifiée
• Pour étudiants
11Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

14. 22nov.22
2018
2222
2018
22
10. La famille s’agrandit…
12Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

15. 22nov.22
2018
2222
2018
22
11. Dernières mesures : Tests en cuve
Figure 10. Concentration en NO
13Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

16. 22nov.22
2018
2222
2018
22
12. Dernières mesures : Tests en cuve
Figure 11. Concentration en NO2
14Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

17. 22nov.22
2018
2222
2018
22
13. Mesure particulière - Pression
Ouverture de porte Figure 12. Mesure de la pression
15Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

18. 22nov.22
2018
2222
2018
22
14. Mesure particulière - PM2,5
Feu d’artifice du
nouvel an
Figure 13. Pic de pollution (PM2,5)
16Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

19. 22nov.22
2018
2222
2018
22
16. Mesure particulière : PM 2,,5
Allumage de
l’appareil
Figure 14. Pic de pollution (PM2,5)
17Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

20. 22nov.22
2018
2222
2018
22
17. Utilisation particulière – Mesure fixe
18Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

21. 22nov.22
2018
2222
2018
22
18. Corrélation pollution - trafic
• Résultats en cours d’analyse
• Mesure de trafic prise par radar
19Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative

22. 22nov.22
2018
2222
2018
22
20Valery Broun - 23/10/2020 @ Liège Créative
Merci pour votre attention

23. Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Validation sur le terrain
Première sortie

24. Validation sur le terrain
Campagnes de mesure
Model Characteristics
NUBO Recorded
parameters:
PM2.5 (SPS30), PM1, T, RH
(N032; N053,
N111)
Communication: 2G, 3G, 4G
Developer: Sensirion AG
ECT v.2 Recorded
parameters:
CO, NO, NO2, O3, PM2.5
(HPMA115S0), PM10, T, RH
(ECT02) Communication: 2G
Developer: ULiège – SAM
ECT v.3 Recorded
parameters:
CO, NO, NO2, O3, PM2.5 (SPS30),
PM1, T, RH
(ECT03) Communication: 2G
Developer: ULiège – SAM
Antilope v.3 Recorded
parameters:
NO, NO2, O3, PM2.5 (HPMA115S0),
T, RH, P, location
(An310, An38,
An39)
Communication: Bluetooth
Developer: ISSeP/CECOTEPE
Antilope v.4 Recorded
parameters:
PM2.5 (SPS30), T, RH, P
(An411, An417,
An47)
Communication: -
Developer: ISSeP/CECOTEPE
Saïga Recorded
parameters:
NO, NO2, O3, PM2.5 (SPS30), T, RH,
P
(Sa002, Sa003,
Sa005)
Communication: 2G
Developer: ISSeP/CECOTEPE
Source: C. Falzone et al., PM2.5 low-cost sensor performance in
ambient conditions

25. Validation sur le terrain
Campagnes de mesure
u
WCM (%)
BC
WCM (%)
AC
Angleur GRIMM 1.37 11.9 -
An310 1.87 74.8 76.4
An38 1.77 89.4 82.3
An411 1.66 99.9 27
An47 1.75 100.5 27.5
Sa005 1.22 68.7 22.2
N032 1.30 52.5 24.4
N053 1.37 53.6 23.4
N111 1.31 50.1 22.8
ECT02 1.56 64 36
ECT03 1.34 59.4 40.5
Charleroi GRIMM 3.62 66.5 22
An310 0.79 9.4 -
An38 0.85 11.5 -
An417 2.04 20.7 -
An47 2.19 23.5 -
Sa003 1.63 19.8 -
Sa005 1.15 10.2 -
N032 1.31 16.2 -
N053 1.29 12.6 -
N111 1.27 13.2 -
BC = before calibration ; AC = after calibration ;
scope = WDQO<25%

26. Utilisations potentielles des capteurs économes
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Aux yeux des directives européennes
Objectifs de qualité des données
• Mesures fixes
• Mesures indicatives
• Estimations objectives
Aux yeux d’organes scientifiques
• Recherche dans les sciences de l’atmosphère
• Conformité de la qualité de l’air
• Gestion de la qualité de l’air
• Information de la population et sciences citoyennes
• Proxy pour l’étude de l’exposition à la pollution atmosphérique

27. Utilisations potentielles des capteurs économes
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Et à l’ISSeP
on a le projet Outdoor and Indoor Exposure (OIE)
Source: Sexton and Ryan (1988)

28. Utilisations potentielles des capteurs économes
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Et à l’ISSeP
on a le projet Microcapteurs

29. Utilisations potentielles des capteurs économes
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Et à l’ISSeP
on a le projet Microcapteurs

30. Impact du confinement sur la qualité de l’air
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Pré-/en/post-confinement
Source: NOAA/ESLR/GSD ADMDAR Data Display

31. Impact du confinement sur la qualité de l’air
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Pré-/en/post-confinement
Source: NASA

32. Impact du confinement sur la qualité de l’air
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Pré-/en/post-confinement
0
5
10
15
20
25
30
35
27/01 au 15/03
NOx(ppb)
Stations urbaines
2016
2017
2018
2019
2020
0
5
10
15
20
25
16/03 au 03/05
NOx(ppb)
Stations urbaines
2016
2017
2018
2019
2020
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
04/05 au 07/06
NOx(ppb)
Stations urbaines
2016
2017
2018
2019
2020
Source: www.wallonair.be
(P.Petit/ISSeP, AwAC, CELINE – Rapport sur l’impact du confinement)

33. Impact du confinement sur la qualité de l’air
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Pré-/en/post-confinement
0
5
10
15
20
25
27/01 au 15/03
PM10(µg/m³)
Stations urbaines
2016
2017
2018
2019
2020
0
5
10
15
20
25
30
16/03 au 03/05
PM10(µg/m³)
Stations urbaines
2016
2017
2018
2019
2020
0
5
10
15
20
25
30
04/05 au 07/06
PM10(µg/m³)
Stations urbaines
2016
2017
2018
2019
2020
Source: www.wallonair.be
(P.Petit/ISSeP, AwAC, CELINE – Rapport sur l’impact du confinement)

34. Impact du confinement sur la qualité de l’air
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Pré-/en/post-confinement
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Nombredevéhicules
Charleroi, rue W. Ernst (catégorie 1)
0
50
100
150
200
250
300
Nombredevéhicules
Charleroi, rue W. Ernst (catégorie 2)
0
10
20
30
40
50
60
70
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
NO2(µg/m³)
Semaine
Liège, Avenue Destenay
Min (5 ans)
Max (5 ans)
Moy (5 ans)
Destenay
urbain
Débutconfinement
Levéeconfinement
Source: www.wallonair.be
(P.Petit/ISSeP, AwAC, CELINE – Rapport sur l’impact du confinement)

35. Impact du confinement sur la qualité de l’air
Des capteurs pour surveiller la pollution atmosphérique : un enjeu de santé publique, LIEGE CREATIVE, 23 octobre 2020
Pré-/en/post-confinement
Source: www.wallonair.be
(P.Petit/ISSeP, AwAC, CELINE – Rapport sur l’impact du confinement)

36. Des capteurs pour surveiller la pollution
atmosphérique : un enjeu de santé publique

37. Des capteurs pour surveiller la pollution
aérienne : un enjeu de santé publique
Liege Creative
Radermecker Coraline
23/10/20

38. Immunophysiology Lab
Thomas Marichal

39. La pollution aérienne, le tueur invisible: preuves scientifiques
Seraing, 1 au 5 décembre 1930
60 morts en deux jours

40. La pollution aérienne, le tueur invisible: polluants
v
PM 10-2.5
Ozone
NO2
CO
SO2

41. La pollution aérienne, le tueur invisible: sources

42. La pollution aérienne, le tueur invisible: impact sur la santé

43. La pollution aérienne, le tueur invisible: impact sur la santé
Cancer du poumon
Maladies des voies
aériennes basses
Maladies
cardiovasculaires
AVC
Troubles respiratoires aigus

44. La pollution aérienne, le tueur invisible: impact sur la santé
Solutions?

45. La pollution aérienne, le tueur invisible: La recherche
OZONE
Mécanismes?ASTHME CANCER

46. Composés
organiques
volatils
Dioxyde
D’azote
Ozone
L’ozone

47. L’ozone: comment favorise-t-il l’asthme?
• Maladie chronique pulmonaire caractérisée
par une respiration sifflante, de la toux et une obstruction
réversible des voies aériennes
• 340 millions de personnes à travers le monde
• 100 millions supplémentaires d’ici 2025
ASTHME
• Induite par une exposition à des allergènes tels
que les extraits d’acariens

48. L’ozone: comment favorise-t-il l’asthme?
ASTHME
Air
Ozone

49. L’ozone: comment favorise-t-il l’asthme?
Exposition des souris à l’ozone induit
la formation de filets d’ADN

50. Filets d’ADN?
Filets libérés par les
cellules de defense de
l’organisme
• Capture des bactéries
• Capture des parasites
• Rôles délétères dans différents troubles
auto-immuns

51. L’ozone: comment favorise-t-il l’asthme?
T
Inhibiteurs de filets d’ADN
BALFEosinophils
number/mL(x104)
Concentration(pg/mL)
Concentration(pg/mL)
L’inhibition des filets d’ADN empêche
l’apparition de l’asthme suite à une
exposition à l’ozone
ASTHME
Inhibiteur 1
Ozone
Inhibiteur 2

52. OZONE
Mécanismes?ASTHME CANCER
L’ozone: comment favorise-t-il l’apparition de métastases pulmonaires?

53. L’ozone: comment favorise-t-il l’apparition de métastases pulmonaires?
Métastases
pulmonaires
Cellules
tumorales

54. L’ozone: comment favorise-t-il l’apparition de métastases pulmonaires?
Exposition des souris à l’ozone induit
la formation de filets d’ADN

55. L’ozone: comment favorise-t-il l’apparition de métastases pulmonaires?
Inhibiteurs de filets d’ADN
Métastases
pulmonaires
Cellules
tumorales
T

56. OZONE
Filets d’ADNASTHME CANCER
L’ozone: comment favorise-t-il l’apparition de métastases pulmonaires?
Cibles thérapeutiques!

57. L’ozone favorise l’apparition d’asthme et la formation de métastase en
induisant des filets d’ADN dans le poumon
Rocks N, et al. Thorax 2019;74:768–779. doi:10.1136/thoraxjnl-2018-211990
Nature Immunology volume 20, pages1444–1455(2019)