Modelling the oxidative potential of aerosols: an indicator of health risk | Modélisation du potentiel oxydant des aérosols : un indicateur du risque sanitaire

anglais. The oxidative potential (OP) of particles has become a promising indicator of the adverse health effects of particles, in addition to particle mass. In particular, OP is an indicator of oxidative stress in living organisms and in humans through the formation of reactive oxygen species. In order to provide a map of the spatial and temporal variability of OP in France, we implemented a strategy for simulating the volumetric oxidative potential (OPv) of particles in the state-of-the-art CHIMERE air quality model over the whole of France for the years 2013 and 2014. To do this, a source-specific intrinsic OP (OPi) derived from measurements, determined by the positive matrix factorisation (PMF) receptor modelling approach, is combined with the particulate sources in the CHIMERE model determined by an emission tagging technique (PSAT). The results show that the CHIMERE simulations perform satisfactorily in relation to aerosol (PM10) observations from the French air quality network, as well as chemical composition measurements carried out at more than 10 sites of different typologies over a two-year period. In addition, a generally satisfactory match was obtained between PMF and the combinations of PM10 sources derived from PSAT, as indicated by the specific chemical profiles of these sources. The simulated versus observed OPv values showed median correlations ranging from 0.35 to 0.60 and mean fractional biases ranging from -0.3 to zero, depending on the OP test considered (ascorbic acid AA, or dithiothreitol DTT) and the PM10 sources taken into account (a reduced set based on transition metals and organic species versus an extended set also taking into account secondary inorganic aerosol, dust and sea salt). For the extended set, the correlation is better by about 0.1 à 0.15 for the AA and DTT tests. The two-year average OPv fields obtained show areas of major interest where the volumetric oxidation potential is high, particularly in large urban areas, and also along motorways, and more pronounced than the corresponding PM10 distributions. This is due to a high OPi, particularly for primary sources such as traffic and biomass combustion. These effects are more pronounced for the AA tests than for the DTT tests, and for the reduced ensemble method than for the extended ensemble method. Overall, thanks to the distribution of OPv, these results argue in favour of a greater reduction in emissions from road transport and the combustion of biomass used for heating in pollution reduction policies.

français. Le potentiel oxydant (PO) des aérosols est devenu un indicateur prometteur des effets néfastes des particules sur la santé, en complément de leur masse. En particulier, le PO est un indicateur du stress oxydant chez les organismes vivants et les êtres humains par la formation d'espèces réactives de l'oxygène. Afin de fournir une cartographie de la variabilité spatiale et temporelle du PO en France, nous avons mis en place une stratégie pour simuler le potentiel oxydant volumique (POv) des particules dans le modèle de qualité de l'air de pointe CHIMERE sur l'ensemble du territoire français pour les années 2013 et 2014. Pour ce faire, un PO intrinsèque (POi) dérivé des mesures et spécifique à la source, déterminé par l'approche de modélisation des récepteurs par factorisation matricielle positive (PMF), est combiné aux sources de particules dans le modèle CHIMERE déterminé par une technique de taggage à l’émissions (PSAT). Les résultats montrent un comportement satisfaisant des simulations CHIMERE par rapport aux observations d’aérosols (PM10) du réseau de qualité de l'air en France, ainsi qu'aux mesures de composition chimique effectuées sur plus de 10 sites de typologies différentes pendant deux années. En outre, une correspondance généralement satisfaisante entre la PMF et les combinaisons de sources de PM10 dérivées de la PSAT a pu être obtenue, comme l'indiquent les profils chimiques spécifiques de ces sources. Les valeurs de POv simulées par rapport aux valeurs observées ont montré des corrélations médianes allant de 0,35 à 0,60 et des biais fractionnels moyens allant de -0,3 à zéro, en fonction du test PO considéré (acide ascorbique AA, ou dithiothréitol DTT) et des sources de PM10 prises en compte (un ensemble réduit basé sur les métaux de transition et les espèces organiques contre un ensemble étendu prenant également en compte l'aérosol inorganique secondaire, la poussière et le sel de mer). Pour l’ensemble étendu, la corrélation s’avère meilleure d’environ 0,1 à 0,15 pour les deux tests AA et DTT. Les champs de POv moyens sur deux ans obtenus montrent des zones d’intérêt majeur dans lesquelles le potentiel oxydant volumique est important, en particulier au niveau des grandes agglomérations urbaines, et également le long des autoroutes, et plus prononcés que les distributions de PM10 correspondantes. Ceci est dû à un POi élevé, en particulier pour les sources primaires telles que le trafic et la combustion de la biomasse. Ces effets sont plus marqués pour les essais AA que pour les essais DTT, ainsi que pour la méthode de l'ensemble réduit que celle de l'ensemble étendu. Dans l'ensemble, grâce à la répartition des POv, ces résultats plaident en faveur d'une réduction accrue des émissions du transport routier et de la combustion de biomasse utilisée pour le chauffage dans les politiques de réduction de la pollution.