Matière particulaire et exposition en environnement urbain : de la mine urbaine au dépôt sur la végétation

Particulate matter and exposure in urban environments : from urban mines to deposition on vegetation

• Auteur / Autrice : Laurence Delville
• Direction : Jean-François Léon, Mélina Macouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, Atmosphère, Climat
• Date : Soutenance le 21/11/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-2025)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Aérologie (Toulouse ; 1983-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance conjointe : Université de Toulouse (EPE ; 2025-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Serça
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Carvallo, Alexander Van Geen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Riffault, Alexandra Ponette-González
• DOI : 10.70675/7e706760zdc9dz48a3zaba7z6d7f181a0dc3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aérosols atmosphériques

Pollution atmosphérique

Plantes

Effets de la pollution atmosphérique

Mots clés libres

Pollution de l'air

Chimie atmosphérique

Particules aérosols

Exposition individuelle

Magnétisme environnemental

Végétation

Air pollution

Atmospheric chemistry

Aerosol particles

Individual exposure

Environmental magnetism

Vegetation

Résumé

Les particules aérosols en suspension dans notre atmosphère impactent le fonctionnement climatique, les écosystèmes et la santé humaine. Leur impact sanitaire est particulièrement marqué dans les zones urbaines qui concentrent la majorité de la population et une grande diversité de sources d'émissions de particules.Cette thèse propose une approche originale basée sur la mesure des concentrations atmosphériques de particules, de l'exposition des personnes et des dépôts sur la végétation urbaine. Les analyses de la fraction carbonée de l'aérosol atmosphérique combinées aux méthodes de magnétisme environnemental ont été utilisées comme traceurs des activités anthropiques. Les observations ont été réalisées sur la ville de Toulouse (France) et de Sébikotane (Sénégal), ville nouvelle sous l'influence d'usines de recyclage de métaux.En ce qui concerne la distribution en taille des particules aérosols, nous avons montré que le signal magnétique des particules supermicroniques (dont le diamètre est supérieur à 1 µm) contribuait à hauteur de 79 % et 81 % du signal magnétique total à Toulouse et à Sébikotane respectivement. Les concentrations de carbone particulaire des particules submicroniques (inférieures à 1 µm) représentaient quant à elles 71 % et 68 % de la concentration totale de carbone particulaire dans chacune des villes.Au Sénégal, nous avons également conduit une investigation approfondie de la contamination de l'air et des sols, liée à la présence d'une route à fort trafic et d'usines de recyclage de métaux. Nous avons ainsi identifié des concentrations extrêmement élevées de Pb (23 771 ppm), Fe (44 134 ppm), Zn (556 ppm) et Mn (2 660 ppm) dans le sol à proximité des usines de recyclage de métaux et de Pb (0,45 µg/m³) dans l'air jusqu'à 1,5 km des usines, indiquant un transport des émissions par le vent.À Toulouse, le suivi des dépôts de particules sur les feuilles d'arbres à partir de l'étude des traceurs anthropiques précédemment cités a permis de mettre en évidence l'impact des conditions météorologiques, des concentrations atmosphériques et des caractéristiques morphologiques sur la capacité de rétention des particules par la végétation. Nous avons notamment observé, sur un même site, un dépôt 5 fois plus important dans la cire épicuticulaire des feuilles d'une espèce persistante que pour une espèce caduque, associé à une quantité de cire 3 fois plus importante.Enfin, ces recherches ont été partagées avec le grand public à travers des ateliers de vulgarisation et des activités de sciences participatives. En particulier, un protocole expérimental permettant le suivi du carbone suie particulaire a été évalué auprès de collégiens. Les retours positifs témoignent de l'intérêt partagé par les participants, tout en soulignant des pistes d'amélioration et d'adaptation à différents publics.

Aerosol particles suspended in the atmosphere affect climate, ecosystems, and human health. Their health impact is particularly pronounced in urban areas, which are home to the majority of the population and a wide variety of particle emission sources.This thesis proposes an original approach based on measuring atmospheric particle concentrations, human exposure, and deposits on urban vegetation. Analyses of the carbon fraction of atmospheric aerosols, combined with environmental magnetism methods, were used as tracers of anthropogenic activities. Observations were conducted in the cities of Toulouse (France) and Sébikotane (Senegal), a new city influenced by metal recycling plants.Regarding the size distribution of aerosol particles, we showed that the magnetic signal of supermicron particles (diameter greater than 1 µm) contributed 79 % and 81 % of the total magnetic signal in Toulouse and Sébikotane, respectively. Concentrations of submicron particulate carbon (less than 1 µm) accounted for 71 % and 68 % of the total particulate carbon concentration in each city.In Senegal, we also conducted an in-depth investigation of air and soil contamination related to the presence of a busy road and metal recycling plants. Extremely high concentrations of Pb (23,771 ppm), Fe (44,134 ppm), Zn (556 ppm), and Mn (2,660 ppm) were found in the soil near the metal recycling plants, and Pb (0.45 µg/m³) was detected in the air up to 1.5 km from the plants, indicating wind transport of emissions.In Toulouse, monitoring particle deposits on tree leaves using the previously mentioned anthropogenic tracers revealed the impact of weather conditions, atmospheric concentrations, and morphological characteristics on the particle retention capacity of vegetation. On the same site, we observed a deposit five times greater in the epicuticular wax of the leaves of an evergreen species than in a deciduous species, associated with a threefold higher quantity of wax.Finally, this research was disseminated to the public through workshops and participatory science activities. In particular, an experimental protocol for monitoring soot particulate carbon was evaluated with middle school students. Positive feedback reflected the participants' interest, while highlighting areas for improvement and adaptation for different audiences.