Les méthodes connues de détection des virus dans l’air sont complexes et ne permettent pas de détecter rapidement plusieurs types de virus à la fois. De plus, peu d’informations sont disponibles concernant l’efficacité des échantillonneurs à récolter et à préserver l’infectivité des virus. Ce projet avait pour objectif d’étudier la détection des virus dans l’air basée sur la présence d’un marqueur enzymatique, soit la neuraminidase. Une enzyme purifiée et des souches de virus influenza ont été utilisés comme modèles. L’efficacité de trois échantillonneurs à récolter les virus dans l’air a été comparée et les effets de l’aérosolisation et de l’échantillonnage dans deux chambres d’aérosolisation sur l’acitivité de la neuraminidase et sur l’infectivité des virus ont été étudiés. Les résultats obtenus démontent la stabilité de la neuraminidase et valident son utilisation comme marqueur enzymatique pour la détection générique, simple, rapide et abordable des virus dans des échantillons d’air. / The known methods for the detection of viruses in the air are complex and do not allow to quickly detect several types of viruses at the same time. In addition, little information is available regarding the effectiveness of samplers to collect and preserve the infectivity of the viruses. This project aimed to investigate the detection of viruses in the air based on the presence of an enzymatic label, the neuraminidase. A purified enzyme and strains of influenza viruses were used as models. The effectiveness of three samplers to collect the viruses in the air and was compared and the effects of aerosolization and sampling in two aerosolization chambers on neuraminidase activity and viruses infectivity were studied. The results obtained demonstrate the stability of the neuraminidase and validate its use as an enzymatic marker for the generic, simple, fast and affordable detection of viruses in air samples.

Différents types d’échantillonneurs d’air existent pour récolter les bioaérosols. Ils ont tous leurs avantages et leurs inconvénients, mais de ces types, un en particulier est susceptible d’introduire des biais dans le traitement et l’analyse des résultats. Les échantillonneurs de type liquide voient une portion de leur liquide d’échantillonnage s’évaporer pendant leur fonctionnement, ce qui favoriserait la perte de bioaérosols par ré-aérosolisation ou leur concentration dans le liquide. Peu de connaissances sont acquises sur la ré-aérosolisation, la concentration et leurs effets sur les résultats. Cette étude avait pour but de documenter comment l’évaporation du liquide de collecte impacte l’échantillonnage de l’air. Des expérimentations in vitro, où les récipients de collection de deux échantillonneurs liquides (Coriolisμ® et BioSampler®) étaient inoculés avec des consortiums bactériens connus, ont permis de conclure que la ré-aérosolisation et la concentration des bactéries sont des phénomènes complexes. En effet, ils sont difficilement prédictibles et semblent influencés par l’évaporation, le genre bactérien, l’hydrophobicité de la membrane bactérienne, l’interaction avec les autres bactéries, la composition du liquide de collection, le débit et le mécanisme de capture de l’échantillonneur. De plus, des expérimentations en milieu naturel ont permis de comparer la diversité récoltée par les échantillonneurs de type liquide et de type filtre, par méthodes de séquençage à haut débit. Une des particularités de cette étude était qu’une cassette contenant un filtre était branchée à la sortie d’air du BioSampler® pour récolter les bactéries ré-aérosolisées pendant l’échantillonnage. Plusieurs genres bactériens sont totalement ré-aérosolisés du récipient de collection du BioSampler®. Plus de la moitié des genres bactériens récoltés par le Coriolisμ® diffèrent de ceux du BioSampler®, et inversement. Les échantillonneurs filtres ont tous deux récolté une diversité bactérienne très similaire. Ces résultats constituent un apport important au domaine scientifique puisqu’ils prouvent les biais potentiels induits par les échantillonneurs de type liquide. / Different types of air samplers are available to harvest bioaerosols. They all have their advantages and disadvantages, but of these types, one in particular is likely to introduce bias in the treatment and analysis of the results. Liquid-based samplers see a portion of their collection fluid evaporate during operation, which would favor either the loss of bioaerosols by re-aerosolization or their concentration in the fluid. Very little knowledge is known about re-aerosolization, concentration and their effects on results. The main purpose of this study was to document how the evaporation of the collection fluid impacts air sampling. In vitro experiments, in which collection vessels from two liquid samplers (Coriolisμ® and BioSampler®) were inoculated with known bacterial consortia, concluded that reaerosolization and concentration are complex phenomena. Indeed, they are difficult to predict and seem influenced by evaporation, the bacterial genus, the hydrophobicity of the bacterial membrane, the interaction with other bacteria, the composition of the collection fluid, the flow and capture mechanism of the sampler. In addition, experiments in a natural environment have made it possible to compare the diversity harvested by the liquid-based and filter-based samplers by high throughput sequencing methods. One of the peculiarities of this study was that a cassette containing a filter was connected to the BioSampler® air outlet to collect the re-aerosolized bacteria during sampling. The results are unequivocal, several bacterial genera are totally re-aerosolized from the BioSampler® collection vessel. More than half of the bacterial genera harvested by the Coriolisμ® differ from those of the BioSampler®, and vice versa. The filter samplers both harvested a similar bacterial diversity. These results are an important contribution to the scientific field since they prove the biases induced by liquid type samplers.

Le contrôle des agents pathogènes viraux en agriculture constitue une préoccupation majeure pour les producteurs, tant pour l’impact économique négatif que les épidémies infligent que pour la santé des travailleurs et des animaux d’élevage. Les mesures de biosécurité renforcée restent à ce jour inefficaces à enrayer la dissémination des virus, ceux-ci pouvant être propagés par l’air. Il est connu que l’air intérieur des bâtiments d’élevage confiné contient une importante concentration de bioaérosols variés ayant le potentiel d’être dispersés aux sites voisins par les systèmes de ventilation. En conséquence, il s’avère urgent de développer des méthodes pour faciliter la détection précoce des virus dans l’air des bâtiments qui soient efficaces, simples, écologiques et sécuritaires pour les animaux. Une collaboration avec un groupe d’ingénieurs agricoles fut établie afin d’élaborer un outil visant l’amélioration des stratégies d’échantillonnage de l’air dans les bâtiments mécaniquement ventilés. Brièvement, il fut suggéré que la co-nébulisation d’une solution fluorescente (NSF/ANSI 60) et d’un bactériophage modèle pourrait démontrer la faisabilité de l’identification d’une zone stratégique dans l’espace intérieur pour l’échantillonnage des agents pathogènes viraux aérosolisés. La détermination d’une telle zone pourrait favoriser leur détection précoce et la prévention de leur propagation au sein du cheptel. Le comportement des aérosols viraux fut également étudié in vitro en présence de poussières standardisées pour tenter de déterminer si le contenu particulaire de l’air influence la taille des particules virales et si une taille préférentielle peut leur être attribuée. Ces informations supplémentaires pourraient éclairer la prise de décisions, faciliter la planification de systèmes de filtration pour les aérosols viraux et influencer le développement de méthodes de capture alternatives. / Dissemination of viral pathogens via airborne particles is a known phenomenon. In agriculture, indoor air of livestock confinement buildings contains a high concentration of bioaerosols that may be dispersed to neighbouring sites through ventilation systems. Control of pathogenic viruses remains to this day a major concern for the health of agricultural workers and animals, as well as for the significant negative economic impact that epidemics inflict on the industries. The development of methods for virus detection in the air of agricultural buildings that are simple, reliable, ecologically sound, and without risk for animal health is urgent. We collaborated with a group of agricultural engineers to tackle this problem. A 55 m3 mechanically ventilated experimental confinement building was used to improve air sampling strategies by assessing the spatial concentration variations of an artificially nebulized virus and a fluorescent marker. We have ascertained that it is feasible to determine the most probable areas where viral particles are more likely to stay in suspension and be detected, simply by nebulizing a fluorescent solution of varying particles sizes. In the near future, molecular diagnostic tests will be available to the agricultural industry. Simply nebulizing a fluorescent solution could lead to the determination of the most suitable areas to use these molecular devices. Viral aerosols behaviour was also studied in vitro in conjunction with standardized dusts to determine if the nature of the particles in the air influenced viral particles size and if a preferential particle size could be observed. This additional information could provide insights to help decision making towards filtration systems and influence the development of alternative methods for viral aerosols capture.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 mars 2024) / Les différentes activités au sein des élevages laitiers peuvent mener à la génération de grandes quantités de bioaérosols et à la suspension de contaminants dans l'air. Le personnel travaillant dans ces élevages est donc constamment exposé à divers agents biologiques pouvant provoquer un déclin des fonctions pulmonaires. Les méthodes de logement alternatif (stabulation libre) sont utilisées afin de respecter les nouvelles revendications sur le bien-être animal. Toutefois, le mouvement accentué des vaches pourrait être lié à un déclin dans la qualité de l'air au sein du bâtiment et augmenter les risques de maladies pulmonaires. Cette étude avait pour but de caractériser la qualité de l'air entre cinq élevages à stabulation libre et cinq élevages à stabulation entravée au Québec. Cette étude avait également pour but de caractériser les bioaérosols et les agents étiologiques dans ces environnements et d'identifier les facteurs environnementaux ayant le plus grand impact sur leur concentration. L'air a été prélevé dans chaque élevage à trois reprises à l'aide d'un SASS$^\textup{®}$ 3100 durant l'hiver. Les élevages visités utilisaient tous la litière de paille et la ventilation mécanique. D'autres caractéristiques des bâtiments ont été récoltées, comme le nombre de vaches dans l'étable (vaches laitières, génisses et taures), le volume du bâtiment, les taux de changement d'air et bien d'autres. Les poussières organiques ont également été monitorées à l'aide du *DustTrakᵀᴹ DRX Aerosol Monitor* et les concentrations de gaz avec un analyseur de gaz infrarouge. De la litière souillée a aussi été échantillonnée à plusieurs endroits dans les élevages. Les comparaisons ont été effectuées au niveau des bactéries totales, des moisissures de genre *Penicillium/Aspergillus*, des archées, des endotoxines, des poussières organiques (total, PM10, PM4, PM2.5, PM1) et des gaz (CO₂, NH₃, N₂O). Plusieurs microorganismes ont également été ciblés afin de détecter leur présence dans les élevages visités. Aucune différence significative n'a été observée entre les deux types d'élevage au niveau de la qualité de l'air. De plus, *Escherichia coli, Enterococcus spp., Clostridium perfringens, Aspergillus fumigatus, Staphylococcus aureus, Saccharopolyspora rectivirgula, Coxiella burnetii* et *Klebsiella pneumoniae* ont été détecté en grandes concentrations. Les analyses de corrélation avec les variables environnementales semblent montrer que les concentrations dans la litière souillée seraient liées aux concentrations dans l'air pour la plupart des microorganismes. De plus, la qualité de l'air semble être grandement influencée par la conception des bâtiments (Volume et ventilation) et non par le mouvement accentué des vaches, / The various activities within dairy barns can generate large amounts of bioaerosols and the suspension of contaminants in the air. Barn workers are therefore constantly exposed to various biological agents that can cause a decline in lung function. Alternative housing methods (free-stall housing) are used to respect the new demands on animal welfare. However, the increased movement of cows in free-stall farms might produce a decline in air quality within the barn and increase the risk of disease of barn workers. The purpose of this study was to compare air quality between five free-stall and five tie-stall farms in Quebec. This study also aimed to characterize bioaerosols and etiological agents collected in these environments and to identify the environmental factors with the greatest impact on their concentration. Air was sampled from each barn at three different times using the SASS$^\textup{®}$ 3100 Dry Air Sampler during the winter. All farms used straw bedding and mechanical ventilation. Other characteristics of the barns were collected (number of cows housed in that barn, volume, air exchange rates, etc.). Organic dust and gas concentrations were also monitored using the DustTrakᵀᴹ DRX Aerosol Monitor and an infrared gas analyzer, respectively. Soiled bedding was also sampled at several locations in the barns. Comparisons were made for total bacteria, *Penicillium/Aspergillus* moulds, archaea, endotoxins, organic dust (total, PM10, PM4, PM2.5, PM1) and gases (CO₂, NH₃, N₂O). Several microorganisms were also targeted to detect their presence in the farms visited. No significant differences in air quality were observed between the two types of farming. In addition, *Escherichia coli, Enterococcus spp., Clostridium perfringens, Aspergillus fumigatus, Staphylococcus aureus, Saccharopolyspora rectivirgula, Coxiella burnetii* and *Klebsiella pneumoniae* were detected in high concentrations. Analyses of correlations with environmental variables suggest that, for most microorganisms, concentrations in soiled bedding are related to airborne concentrations. In addition, air quality appears to be greatly influenced by building design (volume and ventilation) and not by the increased movement of cows.

La dispersion des virus dans l'air est un phénomène encore mal compris. La transmission par contact direct avec une personne infectée ou indirecte via des surfaces contaminées a été largement documentée, mais la littérature sur les aérosols viraux reste pauvre. L’aérosolisation de virus pathogènes requérant d’importantes mesures de biosécurité, des modèles de virus non pathogènes constitueraient des outils précieux dans l’étude des aérosols viraux. Ce projet vise le développement de modèles standardisés pour l’étude des aérosols viraux. Ainsi, des phages ont été testés comme modèles de virus eucaryotes. Pour évaluer leur résistance aux stress environnementaux et aux différents temps d’exposition, ces phages ont été aérosolisés dans une chambre rotative où ils ont été exposés à diverses conditions environnementales (humidité relative [HR], température, UV) et temps. Les résultats obtenus suggèrent que les phages choisis pourraient être de bons modèles pour l’étude du comportement des virus dans l’air. / The spread of virus in the air is a poorly understood phenomenon. Transmission by direct contact with an infected person or by indirect contact via contaminated surfaces has been widely documented, but the literature on viral aerosols remains poor. Because the aerosolization of pathogenic viruses requiring significant biosecurity measures, the availability of non-pathogenic viral models would be a valuable tool in the study of viral aerosols. The aim of this project is to develop standardized models for the study of viral aerosols. Consequently, phages were tested as models for eukaryotic viruses. To evaluate their resistance to environmental stresses and to different exposure times, these phages were aerosolized in a rotating chamber where they were exposed to various environmental conditions (relative humidity [RH], temperature, UV) and time. The results suggest that the selected phages could be good models for studying the behavior of the virus in the air.

Depuis le développement rapide des méthodes de séquençage à haut débit (SHD) en écologie moléculaire, les moisissures ont eu moins d’attention que les bactéries et les virus, en particulier dans les études de bioaérosols. Les études d'exposition aux moisissures dans différents environnements sont limitées par les méthodes de culture traditionnelles qui sousestiment le large spectre de moisissures pouvant être présentes dans l'air. Bien que certains problèmes de santé soient déjà associés à une exposition fongique, le risque peut être sousestimé en raison des méthodes utilisées. L’application du séquençage à haut débit dans des échantillons de sol par exemple a permis de mieux comprendre le rôle des moisissures dans les écosystèmes. Cependant, la littérature n'est pas clair quant à la région génomique à utiliser comme cible pour l'enrichissement et le séquençage des moisissures. Cette thèse vise à déterminer laquelle des deux régions universellement utilisées, ITS1 et ITS2, convient le mieux pour étudier les moisissures dans l’air. Durant le développement de la méthode moléculaire, un autre défi, touchant la perte de cellules fongiques lors de la centrifugation d'échantillons d'air liquide à des fins de concentration, s’est rajouté. Ainsi, cette thèse décrit une nouvelle méthode de filtration pour remédier à la perte due à la centrifugation. Ces deux objectifs représentent la première partie de la thèse qui se concentre sur le développement de méthodes: le traitement des échantillons d’air avant extraction de l’ADN et la meilleure région à cibler avec la méthode SHD. La deuxième partie consiste à appliquer la méthodologie développée pour caractériser l'exposition aux moisissures dans trois environnements de travail différents: le compost, la biométhanisation et les fermes laitières. Les résultats montrent que la région d’ITS1 a surpasser ITS2 en couvrant davantage de diversité dans les bioaérosols. En raison de profils taxonomiques complémentaires, l'auteur de la thèse suggère d'utiliser les deux régions pour couvrir la plupart des taxons lorsque la taxonomie constitue le principal intérêt de l'étude. Cependant, ITS1 devrait être le premier choix dans les autres études, principalement en raison de la grande diversité et de la similarité des profils taxonomiques obtenus par l’approche métagénomique et l’approche ciblant ITS1. De plus, la nouvelle approche de filtration proposée constitue une meilleure alternative pour compenser la perte fongique due à la centrifugation. Ensemble, ces méthodes ont permis une meilleure description de l’exposition aux moisissures en milieu professionnel / Since the rapid development of high-throughput sequencing methods in molecular ecology, fungi have been the underdogs of the microbial world, especially in bioaerosol studies. Particularly, studies describing fungal exposure in different occupational environments have been limited by traditional culture methods that underestimate the broad spectrum of fungi present in the air. There are potential risks in the human inhalation of fungal spores in an occupational scenario where the quantity and diversity of fungi is high. Although some health problems are already known to be associated with fungal exposure in certain work environments, the risk may be underestimated due to the methods used. Applying high-throughput sequencing in soil samples has helped the explanation of the fungal role in ecosystems. However, the literature is not decisive in terms of the genomic region to use as target for the enrichment and sequencing of fungi. The present thesis deals with the challenge of determining which region from the two universally used regions, ITS1 and ITS2, is best suited for study of fungal aerosols. In tandem with this challenge came another of addressing the loss of fungal cells during the centrifugation of liquid impaction air samples for purposes of concentration. This thesis describes a new filtration-based method to circumvent such losses during centrifugation. These two challenges represent the first part of the thesis, which focuses on methodology development. In synopsis, the treatment of air samples prior to DNA extraction is considered, along with the identification of the best region to target in amplicon-based high throughput sequencing. In the second part of the thesis, the focus turns to the application of the developed methodology to characterize fungal exposure in three different work environments: compost, biomethanization, and dairy farms. All three are of special interest due to potentially high fungal exposure. Results show that ITS1 outperformed ITS2 in disclosing higher levels of fungal diversity in aerosol samples. Due to complementarity in the taxonomic profiles disclosed by the two regions, the author suggests the use of both regions to cover the greatest possible number of taxa when taxonomy is the main interest of the study. However, ITS1 should be the first choice in other studies, mainly because of the high diversity it reveals and its concordance with results obtained via shotgun metagenomic profiling. In addition, the new filtration-based approach proposed in this work might be the best alternative available for compensating the loss of propagules in centrifugation done prior to DNA extraction. Taken together, these methods allowed a profound characterization of fungal exposure in occupational environments.

Le rapport du Groupe Intergouvernemental d'experts sur l'Evolution du Climat de 2001 soulignait le<br />niveau très imparfait de notre compréhension de l'effet des aérosols atmosphériques sur le climat. Ces<br />particules d'origines naturelles (poussières, aérosols volcaniques...) ou anthropiques (sulfates,<br />suies...) sont une des principales sources d'incertitude sur le changement climatique. Une des raisons<br />à cela est leur très grande variabilité spatio-temporelle. Par nature globale et quasi-continue,<br />l'observation spatiale des aérosols est donc un outil indispensable à leur étude.<br />Si la télédétection dans le domaine visible s'est beaucoup développée pour permettre de mieux<br />caractériser ces particules et leur effet sur le rayonnement solaire, l'utilisation de la télédétection dans<br />le domaine infrarouge est encore sous-exploitée. Or, non seulement la connaissance de l'effet des<br />aérosols sur le rayonnement terrestre est indispensable à l'évaluation de leur forçage radiatif total,<br />mais la télédétection infrarouge permet aussi la mesure de grandeurs inaccessibles à la télédétection<br />visible (observations possibles de nuit comme de jour, sur terre comme sur mer).<br />Dans cette thèse, nous montrons que les observations des sondeurs infrarouges permettent de<br />caractériser les aérosols en épaisseur optique infrarouge, en altitude, et en taille. Après une étude de la<br />sensibilité des propriétés optiques des aérosols à leur microphysique, et le développement d'un code<br />de transfert radiatif pour un milieu diffusant adapté à la haute résolution spectrale du sondeur de<br />nouvelle génération NASA-Aqua/AIRS, nous abordons le problème inverse. Les applications<br />présentées ici couvrent entre autres les aérosols stratosphériques volcaniques du Pinatubo, observés<br />avec le sondeur NOAA/HIRS, et la construction d'une climatologie de 8 ans des poussières<br />désertiques sur mer et sur terre avec ce même instrument. L'inversion des observations AIRS nous a<br />permis ensuite de déterminer l'épaisseur optique à 10 μm, l'altitude moyenne et le rayon effectif du<br />mode grossier des poussières au-dessus des mers.

L'augmentation continue de la population urbaine s'accompagne d'une augmentation de la taille des villes et de l'apparition de mégapoles, particulièrement en Asie du sud-est. Ces agglomérations sont des sources intenses de pollution et en particulier de particules atmosphériques. Pour en étudier les différents impacts (sur le climat, l'environnement ou la santé) il est important de documenter les sources et les transformations rapides des polluants, ce que permettent les mesures en temps quasi-réel de leur composition chimique. C'est dans ce cadre que ce travail de thèse se propose de développer et qualifier un parc instrumental de terrain capable de documenter la chimie de l'aérosol sur des pas de temps court (au moins horaires). Cet ensemble permet la mesure des ions majeurs par technique PILS (Particle-Into-Liquid-Sampler), de la fraction carbonée (EC-OC) par technique thermo-optique (EC-OC Sunset Field Analyzer) et celle de la fraction organique hydrosoluble également par technique PILS. La masse totale de l'aérosol est obtenue sans artefact avec un TEOM-FDMS. L'optimisation et la qualification des instruments sont abordées, et le potentiel du parc (à différents stades de son développement) est évalué à partir de résultats obtenus pour les mégapoles contrastées Paris (Mai-Juin 2007) et Pékin (Août 2007). Cet ensemble instrumental permet de reconstruire la masse (PM2.5) et les propriétés optiques des aérosols sur des pas de temps horaires, d'aider à l'identification et à la déconvolution des sources d'aérosols (sources locales/régionales ou primaires/secondaires) ainsi que d'affiner la connaissance de l'aérosol organique à travers sa fraction insoluble/soluble.

On regroupe sous le nom d' « aérosols carbonés » deux espèces chimiques différentes : le « carbone suie » (« Black Carbon » BC) et le carbone organique ( « Organic Carbon » OC). BC est intégralement émis par les sources de combustion tandis que OC comporte à la fois une partie émise (OC primaire, OCp) et une partie formée secondairement par photochimie dans l'atmosphère (aérosols organiques secondaires, SOA). La complexité de ce type d'aérosols n'est aujourd'hui que peu représentée dans les modèles existants. On relève deux sources principales d'incertitude dans l'étude de l'impact climatique des aérosols carbonés. La première porte sur les inventaires d'émissions, la deuxième sur la modélisation complexe de leur évolution dans l'atmosphère (transport, interactions gaz-particules, dépôts sec et humide). Dans le contexte de ma thèse réalisée au Laboratoire d'Aérologie de Toulouse (LA), j'ai pris en compte cette complexité en développant un inventaire d'émissions d'aérosols carbonés sur l'Europe mais aussi un nouvel outil de modélisation 3D à l'échelle globale. Stratégiquement, mon travail s'articule en cinq étapes:<br />- une meilleure caractérisation des inventaires d'émissions de BC et OCp, en développant un nouvel inventaire des sources principales que sont les combustions de fuels fossiles et de biofuels (secteur industriel, secteur domestique, trafic). Cet inventaire, de résolution 25kmx25km, fournit les émissions de BC et OCp pour 1995, 2000, 2005, 2010 et comporte deux zooms régionaux : sur la France à la résolution 10kmx10km et sur la région de la campagne Escompte à la résolution 1kmx1km,<br />- le développement d'un nouvel outil de modélisation globale de BC et OC (primaire et secondaire) par couplage du module d'aérosol ORISAM (module sectionnel) (LA/INERIS/ADEME) avec le modèle global de chimie-transport TM4 (collaboration LA/KNMI), qui permet à la fois la prise en compte d'une distribution des aérosols suivant 8 classes de taille (0.04µm-10 µm) et la prise en compte d'une composition chimique détaillée des aérosols (BC et OCp constituant le noyau de la particule sur lequel condensent plus de 6 réactifs chimiques organiques/inorganiques),<br />- des simulations avec ce nouveau modèle global baptisé ORISAM-TM4, des confrontations de résultats avec les mesures de BC et OC et l'étude du transport longue distance des aérosols,<br />- des tests de sensibilité sur la formation des aérosols organiques secondaires (SOA) portant sur différentes familles de composés organiques volatils (COV) précurseurs de SOA et portant également sur l'hygroscopicité des SOA (caractère hydrophile/hydrophobe),<br />- enfin, j'ai couplé ce nouvel outil ORISAM-TM4 à un module radiatif pour déterminer les propriétés optiques des aérosols (épaisseur optique, albédo de simple diffusion) en mélange interne à l'échelle globale.

La Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Application (MERRA) est une réanalyse développée par le Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) à la National Aeronautics and Space Administration (NASA) aux États-Unis qui intègre des données observées et des données modélisées pour reproduire une base de données complète dans le temps et l'espace de plusieurs variables atmosphériques (température, vitesse et direction du vent, humidité, pressions, etc.) depuis 1979. Afin de reproduire une analyse intégrée du système terrestre, le GMAO effectue d'autres réanalyses en parallèle : une réanalyse des océans (MERRAOcean), une réanalyse de la surface solide de la Terre (MERRALand) et une réanalyse de la composition de l'atmosphère (MERRAero), cette dernière constituant le sujet central de cette thèse. La 1ère version de MERRAero intègre des données de la profondeur optique des aérosols (AOD) mesurée par MODIS-Terra et MODIS-Aqua, en orbite autour de la Terre depuis 2000 et 2002 respectivement, et les données d'un modèle de chimie atmosphérique qui simule la concentration de cinq espèces dominantes d'aérosols, soit les particules de sulfate, de carbone organique, de carbone noir, de poussière et de sel de mer. La réanalyse reproduit donc la concentration de ces cinq espèces d'aérosols partout sur la Terre, avec une résolution de 0,5º de latitude, 0,625º de longitude et 72 niveaux en altitude, à une fréquence horaire, en plus de leur contribution individuelle à l'AOD totale. Une reconstruction peut ensuite être appliquée pour obtenir la concentration totale des matières particulaires, un contaminant couramment pris en compte pour évaluer la qualité de l'air. MERRAero constitue une avancée importante dans l'étude de la composition atmosphérique à l'échelle globale. Elle met à la disposition de la communauté scientifique un outil novateur qui lui permet d'étudier une vaste gamme de problèmes liées à la pollution atmosphérique qu'aucun réseau de surveillance ne peut accomplir, particulièrement dans les régions dépourvues de toute surveillance fiable. MERRAero doit cependant traverser un processus d'évaluation rigoureux avant d'être jugée apte à accomplir ses fonctions. Certaines de ses capacités ont déjà été évaluées à certains endroits, notamment sa simulation de l'AOD au-dessus de certaines régions du monde et sa simulation de la concentration des oxydes de soufre aux États-Unis. L'objectif de cette thèse est de poursuivre les travaux d'évaluation avec une emphase sur la concentration des différentes espèces d'aérosols simulées à la surface par MERRAero dans plusieurs régions du monde. Une fois que l'évaluation ait été jugée favorable, MERRAero a ensuite été appliquée à une étude sur la pollution urbaine de l'air à l'échelle globale. La concentration de plusieurs espèces d'aérosols simulée par MERRAero à la surface depuis 2003 a été comparée à des données d'observations provenant de différents réseaux de surveillance autour du monde : le Interagency Monitoring of Protected Visual Environments (IMPROVE) aux États-Unis, le European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP) en Europe, celui du Ministère de la protection environnementale en Israël et celui de l'Administration de la protection environnementale à Taïwan. Plusieurs indicateurs statistiques ont été calculés, et des analyses spatiales et temporelles ont été effectuées pour évaluer l'exactitude de MERRAero, identifier ses lacunes importantes et formuler des recommandations pour améliorer ses versions subséquentes. L'évaluation aux É.-U. et en Europe en milieu rural a démontré que MERRAero reproduit bien la concentration des particules de sulfate et de carbone d'origine anthropique. La concentration des particules de carbone d'origine naturelle, provenant notamment des feux de forêt, a cependant été largement surestimée, causant ainsi un biais important en été. MERRAero a surestimé aussi la concentration des particules de sable de sources lointaines, telles que le Sahara et les déserts en l'Asie de l'Est qui affectent légèrement la composition des aérosols aux É.-U. L'évaluation a reproduit des résultats favorables en milieu urbain malgré la résolution de MERRAero qui ne capture pas toutes les sources d'aérosols, causant ainsi des fluctuations saisonnières non conformes aux observations. L'évaluation a reproduit des résultats très favorables en Israël. Sa proximité au Sahara et aux déserts du Moyen-Orient suggère que MERRAero simule très bien la concentration des particules de sable d'origine locale. À Taïwan, MERRAero a reproduit la concentration des aérosols généralement bien à l'exception des mois d'hiver, lorsque Taïwan est le plus affecté par l'advection de pollution d'origine chinoise. / Malgré les lacunes identifiées, dans l'ensemble, l'évaluation a reproduit des résultats jugés suffisamment favorables pour que MERRAero soit appliquée dans une multitude de problématiques, notamment à l'étude de la pollution urbaine de l'air à l'échelle globale. Cette analyse a démontré l'impact que les politiques environnementales et la récession économique des dernières années ont eu sur la pollution atmosphérique des villes d'Amérique du Nord, d'Europe et d'Asie de l'Est. Même l'air des villes chinoises, lesquelles sont aux prises avec de sérieux problèmes de pollution depuis plusieurs années, s'est amélioré grâce à une initiative du gouvernement à réduire les émissions de contaminants atmosphériques. Les villes de l'Inde et du Bangladesh sont les seules à avoir vu leur situation se détériorer, due à une forte urbanisation et industrialisation. La qualité de l'air des villes d'Amérique du Sud et d'Afrique subsaharienne s'est aussi améliorée par un ralentissement des activités de déforestation au cours des dix dernières années, particulièrement dans la forêt amazonienne.