Les métaux lourds associés aux particules fines et ultrafines d’une zone industrielle : caractérisation physicochimique et bioaccessibilité

Doctorant: S. Mbengue

L’exposition aux particules fines et ultrafines, pouvant contenir des éléments métalliques, est un sujet de préoccupation sanitaire majeure, notamment dans les zones fortement industrialisées. Cette thèse a consisté à mieux caractériser la fraction métallique des particules fines et ultrafines émises dans un contexte industrialo-urbain (Littoral dunkerquois) et à déterminer leur bioaccessibilité pulmonaire, en lien avec l’impact sanitaire. Des particules ont été collectées selon leur granulométrie dans des environnements très contrastés : (i) en milieu urbain sous l’influence du trafic automobile et d’émissions industrielles et (ii) à proximité immédiate et à la source même d’une usine de ferromanganèse (Glencore), caractéristique de l’activité industriel du dunkerquois. La bioaccessibilité pulmonaire des éléments métalliques a été déterminée par une extraction avec un fluide pulmonaire synthétique (solution « Gamble ») et comparée avec une méthode d’extraction séquentielle. En milieu urbain, les concentrations élémentaires dans les particules ultrafines sont principalement liées aux sources locales (issues d’émissions de véhicules ou de chauffage). Les particules submicroniques (< 1 μm) sont elles, principalement affectées par les sources industrielles, notamment la métallurgie, principale émettrice de métaux particulaires de la zone industrielle. Les autres sources identifiées par les traceurs métalliques sont la pétrochimie, la combustion des fiouls lourds et des charbons et les sources naturelles (terrigène et marine). Une variabilité temporelle importante des concentrations en masse des particules fines et ultrafines et de leurs teneurs en éléments métalliques a été observée, en cheminée et en champ proche de l’usine de ferromanganèse. Les fortes concentrations en particules ultrafines (PM0,1 : 60 % de la masse des PM2,5), enrichies en métaux en cheminée, diminuent rapidement à proximité immédiate de l’usine, dû au changement rapide des conditions de température et d’humidité induisant des transformations précoces de la matière particulaire. Ce travail a permis par ailleurs de montrer que la bioaccessibilité des métaux associés aux particules est variable selon les propriétés physicochimiques des particules (spéciation chimique des métaux et distribution granulométrique), en lien avec leurs origines et leurs processus de formation. La bioaccessibilité des métaux peut aussi être affectée par des transformations physico-chimiques (mélange/agglomération, agrégation, oxydoréduction, ...) des particules fines durant leur transport atmosphérique. L’estimation In-vitro de la bioaccessibilité permet de mieux comprendre la biodisponibilité des métaux dans l’organisme et donc de mieux appréhender l’impact sanitaire des métaux toxiques.

Mots-clés : particules fines et ultrafines, métaux particulaires, distribution granulométrique, sources, bioaccessibilité.

Laboratoires: co-tutelle Mines Douai / LPCA