Health impact assessment of combustion aerosol for different urban sources in west Africa in the dry and wet season : physico-chemical and toxicological characterization

Cette thèse s'inscrit dans les objectifs scientifiques du programme DACCIWA-WP2. Il s'agit d'établir un lien entre émissions, pollution atmosphérique et effets sur la santé humaine en termes d'inflammation du système respiratoire pour des sources de combustions urbaines, typiques d'Afrique de l'Ouest : trafic, feux domestiques et feux de décharge à Abidjan (Côte d'Ivoire) et à Cotonou (Bénin) pendant les saisons sèches et humides 2015-2017. Nos résultats montrent que les concentrations particulaires observées sur l'ensemble des sites dépassent largement les recommandations de l'OMS. Le site influencé par les feux domestiques est le site le plus pollué, dominé par une fraction importante de particules ultrafines (UF) et fines (F). La comparaison des sites trafic révèle que les concentrations moyennes pour chaque classe de taille sont plus élevées d'un facteur deux à Cotonou qu'à Abidjan. La caractérisation physicochimique de ces particules (carbone organique, carbone élémentaire, carbone organique soluble, ions, poussières, éléments traces) souligne que le carbone organique et les poussières sont les deux plus importants contributeurs pour les particules de taille fine et ultrafine avec plus de carbone organique à Abidjan et de poussières à Cotonou respectivement. Des études biologiques ont été menées en parallèle afin d'évaluer la réponse pro-inflammatoire induite par les particules prélevées sur chaque site, en quantifiant la libération de la cytokine IL-6 par des cellules épithéliales bronchiques humaines. Il en résulte que les particules provenant du site feu domestique sont les plus pro-inflammatoires toutes saisons confondues alors que les fractions fines et ultrafines des particules des deux sites trafic provoquent des effets comparables non négligeables à chaque saison, le site de Cotonou se démarquant par la réactivité de sa fraction grossière, liée à la présence de poussières. Les particules F et UF des sources de combustion semblent donc avoir un impact important. Ceci est confirmé par l'analyse croisée entre les données physicochimiques et toxicologiques qui montre que la composante carbonée de l'aérosol (EC, OC, WSOC) est la mieux corrélée au biomarqueur IL-6. Ce résultat nous permet de dresser des cartes régionales d'impact inflammatoire lié aux particules carbonées et à leurs sources d'émission. Ces études permettront à terme de mettre en place des solutions de réduction des émissions pour améliorer qualité de l'air et santé.This thesis is in line with the scientific objectives of the DACCIWA-WP2 program. It is our responsibility to establish a link between emissions, air pollution and health impacts in terms of inflammation of the respiratory system for urban combustion sources, typical of West Africa: traffic, domestic fires and waste burning in Abidjan (Côte d'Ivoire) and Cotonou (Benin) during the dry and wet seasons 2015-2017. Our results show that the particulate concentrations observed at all sites far exceed the recommendations of WHO. The site influenced by domestic fires is the most polluted site, dominated by a significant fraction of ultrafine (UF) and fine (F) particles. The comparison of traffic sites shows that the average concentrations for each size class are twice higher in Cotonou than in Abidjan. The physicochemical characterization of these particles (organic carbon, elemental carbon, soluble organic carbon, ions, dust, trace elements) underlines that organic carbon and dust are the two most important contributors for Fand UF particles with more organic carbon in Abidjan and dust in Cotonou respectively. Parallel biological studies were conducted to characterize the pro-inflammatory response induced by particles collected for each site quantifying the release of the IL-6cytokines by human bronchial epithelial cells. As a result, particles from the domestic fire site are the most pro-inflammatory particles whatever the season, while the fine and ultra-fine fractions of particles from the two traffic sites cause significant comparable effects for each season, with the Cotonou site distinguishing itself by the reactivity of its coarse fraction, linked to the presence of dust. The F and UF particles of the combustion sources therefore seem to have a significant impact. This is confirmed by the crossed analysis between physicochemical and toxicological data, which shows that the carbonaceous aerosol component of the aerosol (EC, OC, and WSOC) is best correlated with the IL-6 biomarker. This result allows us to draw up regional maps of the inflammatory impact linked to carbonaceous particles and their emission sources. These studies will eventually lead to the implementation of emission reduction solutions to improve air quality and health