La pollution atmosphérique dans des villes de haute altitude : La Paz et El Alto

Air pollution in La Paz and El Alto, two high-altitude Bolivian cities

• Auteur / Autrice : Valeria Paola Mardonez Balderrama
• Direction : Paolo Laj, Gaëlle Uzu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’Environnement
• Date : Soutenance le 27/04/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des géosciences de l'environnement (Grenoble, Isère, France ; 2017-....)
• Jury : Président / Présidente : Aurélien Dommergue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Evelyn Freney, Céline Mari
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nikolaos Mihalopoulos, Stéphane Sauvage

Mots clés

Mots clés contrôlés

La Paz (Bolivie)

Air -- Qualité

Suie

Mots clés libres

Matière particulaire (PM)

Carbone noir suie (BC)

Bolivie

Qualité de l’air

Potential oxidative (OP)

Positive Matrix Factorization (PMF)

Particulate matter (PM)

Black carbon (BC)

Bolivia

Air quality

Oxidative potential (OP)

Positive Matrix Factorization (PMF)

Résumé

La pollution atmosphérique a été classée par l'Organisation mondiale de la santé (OMS) comme le deuxième facteur de risque de maladies non transmissibles dans le monde, responsable de près de 7 millions de décès prématurés dans le monde chaque année. La majorité des décès prématurés attribués à la pollution de l'air ambiant ont lieu dans les pays à revenu faible ou intermédiaire. Les pays d'Amérique latine, en outre, ont connu au cours des dernières décennies une croissance rapide de leur population, de leur urbanisation et de leur industrie, la majorité de leur population vivant dans des centres urbains. Peu d'études ont documenté l'état de la qualité de l'air dans ces pays, en particulier dans des conditions de haute altitude. Ce travail a donc pour but de contribuer à la documentation et à la caractérisation des sources de particules (PM) affectant la qualité de l'air dans la région métropolitaine de La Paz et El Alto (Bolivie), et d'évaluer l'impact de l'exposition à la pollution atmosphérique sur la santé des habitants de l'agglomération.À cette fin, une station de surveillance de fond urbaine à long terme a été installée dans chaque ville entre 2016 et 2018. Des échantillons filtrants de PM ont été collectés sur chaque site, à partir desquels ont été analysées les concentrations d'un large éventail d'espèces chimiques (par exemple OC, EC, ions hydrosolubles, anhydrides de sucre, alcools de sucre, métaux traces, HAP, hopanes et alcanes), ainsi que le potentiel oxydatif (PO) de l'ensemble des particules collectées. En outre, le carbone suie équivalent (eBC) a été surveillé pendant la même période à une haute résolution temporelle. Grâce à l'utilisation de plusieurs outils statistiques et de méthodes de répartition des sources, notamment l'outil de factorisation matricielle positive (PMF) de l'US-EPA, la ''méthode Aethalometer'' et des modèles de régression, il a été possible d'identifier les principales sources contribuant aux concentrations observées de PM, d'eBC et à l'activité observée du PO.Alors que les émissions de poussières et de véhicules représentent les principales sources en termes de contributions massiques, les sources responsables de la plus grande partie de l'activité observée des PO ont contribué très peu à la masse totale de PM10 (par exemple, la combustion de déchets à l'air libre). Dans le cas de l'eBC, les émissions des véhicules et la combustion de la biomasse se sont distinguées comme les principales sources d'aérosols absorbants. Les trois paramètres de qualité de l'air étudiés (PM, OP, eBC) ont ensuite été associés à deux pathologies respiratoires signalées (infections respiratoires aiguës et cas de pneumonies) afin d'évaluer l'impact de la qualité de l'air sur les résultats sanitaires observés.Cette étude a montré que les concentrations de PM dans la région de La Paz et El Alto sont principalement influencées par un nombre limité de sources locales. Les résultats obtenus peuvent servir de base à des politiques efficaces en matière de qualité de l'air et ouvrir la voie à de futures études sur les effets potentiels de la pollution atmosphérique sur la santé dans les deux villes et dans le reste du pays. L'apport scientifique de ce travail permettra de mieux comprendre le rôle que joue la ville en termes de pollution régionale

Air pollution has been ranked by the World Health Organization (WHO) as the worldwide second-highest risk factor for noncommunicable diseases, responsible for almost 7 million premature deaths around the world every year. The majority of premature deaths attributed to ambient air pollution take place in low- and middle-income countries. Latin American countries, in addition, have experienced in the last decades a fast growth in population, urbanization and industry, with the majority of its population living in urban centers. Not many studies have documented the state of the air quality in these countries, especially in high altitude conditions. Hence, this work intended to contribute to the documentation and characterization of the sources of particulate matter (PM) affecting air quality in the metropolitan region of La Paz and El Alto (Bolivia), and to assess the impact of exposure to air pollution on the health of the inhabitants in the conurbation.For this purpose, a long-term urban background monitoring station was installed in each city between 2016 and 2018. Filter samples of PM were collected at each site, from which the concentrations of a wide range of chemical species (e.g. OC, EC, water-soluble ions, sugar anhydrides, sugar alcohols, trace metals, PAHs, hopanes and alkanes), and the oxidative potential (OP) of the ensemble of the collected particles was analyzed. In addition, equivalent Black Carbon (eBC) was monitored during the same period at a high temporal resolution. Through the use of several statistical tools and source apportionment methods, including the US-EPA Positive Matrix Factorization tool (PMF), the “Aethalometer method” and regression models, it was possible to identify the primary sources contributing to the observed concentrations of PM, eBC and the observed activity of OP.While dust and vehicular emissions represent the main sources in terms of mass contributions, the sources responsible for the most part of the observed OP activity contributed very little to the total mass of PM10 (e.g. open waste burning). In the case of eBC, vehicular emissions and biomass burning stood out as the main sources of absorbing aerosols. The three studied air quality parameters (PM, OP, eBC) were then associated to two reported respiratory conditions (acute respiratory infections and cases of pneumonia) to assess air quality's impact on the observed health outcomes.This study showed that concentrations of PM in La Paz and El Alto region are mostly impacted by a limited number of local sources. The obtained results can serve as a basis for effective air quality policies and pave the way for future studies on the potential health effects of air pollution in both cities and the rest of the country. The scientific contribution of this work will also provide a better understanding of the role that the city plays in terms of regional pollution.