Dans les hôpitaux, les bioaérosols en suspension dans l’air peuvent contenir des cellules bactériennes ou fongiques provenant des patients, des visiteurs, du personnel et de l’environnement extérieur. Les centrales de traitement de l’air (CTA) sont des unités permettant de filtrer, de conditionner et d’assurer une bonne qualité de l’air aux occupants et sont présentes dans certains hôpitaux. Dans la littérature, il n’y a pas de consensus sur le choix des échantillonneurs d’air et les méthodes d’analyse lorsqu’on désire évaluer la qualité de l’air qui est traité dans ces centrales. Le principal défi consiste à éviter la perturbation des soins aux patients lors de l’échantillonnage de l’air dans les CTA. Le présent projet a permis de développer un protocole permettant l’échantillonnage des bioaérosols dans les CTA en utilisant des cannes d’échantillonnage sans perturber les activités qui se déroulent dans l’hôpital. L’objectif de cette étude longitudinale était d’analyser la qualité microbiologique de l’air lors de dix campagnes s’échelonnant sur une période d’un an. Les résultats de cette étude ont démontré que les saisons affectaient significativement les concentrations de microorganismes cultivables et totaux dans l’air intérieur et extérieur d’un hôpital, mais l’effet saisonnier n’influençait pas les concentrations de particules. Le traitement de l’air réalisé avec plusieurs filtres s’est avéré efficace afin de réduire les charges microbiennes et les particules. L'utilisation des méthodes de séquençage Sanger pour l’identification des colonies isolées et de séquençage à haut débit de gènes universels a permis d'obtenir un aperçu de la diversité des espèces bactériennes et fongiques et de valider l’utilisation de marqueurs d’air biologiques. Ce projet a permis d’élaborer des méthodes d’échantillonnage en air dynamique et à haut débit. Il permettra de proposer une stratégie assurant le suivi à long terme de la qualité de l’air à l'intérieur d’un hôpital sans perturber les activités qui s’y déroulent. / Air contains bioaerosols, which are airborne particles of biological origin, including bacterial or fungal cells. Bioaerosols in hospitals may contain microorganisms from patients, visitors, staff, and the outdoor environment. Air treatment units (ATU) are present in certain hospitals and aim to ensure the best air quality for occupants. The literature is scarce when it comes to the choice of air samplers and the method of analyses to assess the air quality in these ATUs. The main challenge is to avoid disruption of patient care during air sampling. The present project developed a protocol allowing the sampling of bioaerosols in ATU using sampling rods and, therefore, without disturbing the activities taking place in the hospital. The objective of this longitudinal study was to analyze the microbiological quality of the air during ten campaigns over one year. The results of this study demonstrated that the seasons significantly affect the concentrations of culturable and total microorganisms in the indoor and outdoor air of a hospital. Airborne particle concentrations were not affected by these seasonal changes. Air treatment with several filters was proven to be effective in reducing microbial loads and particles. The use of Sanger sequencing to identify isolated colonies and next-generation sequencing methods provided insight into the diversity of bacterial and fungal species. This project developed high-velocity dynamic air sampling methods. The study proposes a strategy ensuring long-term monitoring of air quality inside a hospital without disturbing the activities that are taking place inside and to validate the use of biological markers for contaminants in the air in a normal situation.

Les vecteurs permettant la transmission des infections nosocomiales ne sont pas toujours bien identifiés. Les risques représentés par les virus aéroportés dans les milieux de soins doivent être étudié davantage. Ce mémoire présente des méthodologies pour détecter la présence de virus aéroportés et évaluer leur résistance dans cet état. Le virus influenza, le norovirus et le virus respiratoire syncytial y sont à l’étude. Deux techniques d’échantillonnage furent utilisées soit un échantillonnage à sec (NIOSH 251) et un échantillonneur liquide (Coriolis µ®). Les ADNc viraux furent détectés par qPCR. La résistance des norovirus à l’aérosolisation a été démontrée à l’aide d’un virus-modèle, le norovirus murin. La première détection des norovirus dans l’air de milieux de soins y est décrite. La présence du virus influenza dans l’air a aussi été démontrée. Le virus respiratoire syncytial n’a pu être mis en évidence dans l’air. Les virus pathogènes peuvent être aéroportés et représenter un risque infectieux. / The route of transmission of healthcare associated infections is not always well defined. The airborne dissemination of influenza virus, norovirus and respiratory syncytial virus has to be assessed. This thesis presents methodologies to detect airborne viruses and some innovative way to assess their resistance through the airborne route. Two sampling techniques were used, more precisely a dry sampling using a NIOSH 251 impactor and a liquid sampling using a Corriolis µ®. Viral cDNA was detected by real-time PCR. To assess the resistance of norovirus through the air route we used a cultivable experimental model; the murine norovirus. This thesis presents the first detection of airborne norovirus in a healthcare setting. Influenza virus was detected in the air of an emergency department and in the room of influenza positive patient. Respiratory syncytial virus could not be detected in an airborne state. Pathogenic virus can be disseminated through the airborne route and could represent an infectious risk.

. Résumé en français: Le modèle climatique régional RegCM3 est utilisépour examiner les effets direct et semi-direct des aérosols sur le climat du sud de l'Afrique pendant l'hiver austral (juin-septembre). La sensibilité des effets simulés aux différents inventaires d'émissions de combustion de biomasse et aux différentes conditions aux limites est evaluer, afin d'estimer l'incertitude associée à ces paramètres. La sensibilité aux conditions aux limites derivées de réanalyses est modeste, mais le forçage radiatif des aérosols varie linéairement en réponse au différents inventaires testées jusqu'à un facteur deux. Le forçage radiatif est toujours négatif, alors que le forçage radiatif au sommet de l'atmosphère est negatif sur la plupart du domaine sauf au-dessus les régions de savane ou le contenu atmosphérique d'aérosols est élevée. Même si la magnitude du forçage radiatif varie, les simulations pour la période présente montrent des impacts climatiques comparables. La température de surface diminue sur la plupart de la région, ce signale qui réduit le biais du modèle sur l'ouest du sous-continent. L'échauffement en altitude est lié à la charge d'aérosols absorbants et cela, en combinaison avec la réduction de température en surface, mène à la stabilisation de la basse atmosphère. Toutefois, dans la moyenne troposphère de la zone équatoriale (entre 8°N et 5°S) cet échauffement à pour résultat un effet de 'pompe à chaleur en altitude'. Cet effet augmente la convection, les précipitations et l'humidité du sol, en accélérant le cycle hydrologique dans cette région. Une étude de la variabilité interannuelle des effets climatiques des aérosols montre que les changements des précipitations en moyenne saisonnière sont plus variables d'un an à l'autre que les changements de température de surface. Par contre, malgré des différences significatives entre les conditions synoptiques, la variabilité synoptique des impacts climatiques des aérosols est faible.

Les aérosols influencent le bilan radiatif global et les processus nuageux. Leurs propriétés optiques et physico-chimiques sont mesurées au sol avec une grande précision à l'échelle locale. Les satellites permettent un suivi des aérosols à des résolutions spatio-temporelles raisonnables. Deux instruments et leurs algorithmes sont utilisés pour restituer les épaisseurs optiques des aérosols au dessus des océans et des terres : un a été appliqué aux données AATSR afin de restituer l'épaisseur optique dans le visible alors que l'autre permet de restituer les propriétés optiques dans l'UV à partir de OMI. Ces algorithmes ont été développés et testés sur le Nord-Ouest de l'Europe et sur le bassin amazonien. Les cas étudiés se situaient dans des zones industrialisées avec des couches d'aérosols de forte épaisseur optique sous le vent de sources locales avec de forts gradients de concentration. Les résultats montrent une bonne restitution des concentrations en aérosols.

Les enjeux médicaux et le contexte socio-économique des maladies respiratoires ont une importance majeure à l'échelle mondiale. Parmi les procédures mini-invasives classiques de traitement des maladies respiratoires, l’aérosolthérapie se distingue par sa capacité d’administrer des médicaments pour les pathologies locales, directement dans les voies respiratoires, comme les sinus ou l’arbre trachéaux-bronchique. Dans ce contexte, l’utilisation de nanoparticules à visée pulmonaire est objet de grandes avancées en aérosolthérapie car les aérosols nanométriques ont la capacité de contourner les obstacles dans les voies aériennes supérieures et se déposer dans le poumon profond, renforçant ainsi la performance thérapeutique et diagnostique de ces aérosols. Afin de contribuer à l’évolution des traitements par aérosolthérapie cette thèse s’est orientée vers le développement des nouvelles techniques de génération d’aérosols nanométriques et submicroniques, capables de cibler des régions spécifiques de l'appareil respiratoire d'un patient. La problématique majeure à être confrontée dans ce contexte est donc l’adaptation de la taille des particules de l’aérosol afin de promouvoir un dépôt ciblé chez le patient. Pour cela il est d’abord nécessaire d’avoir une large gamme de tailles d’aérosols, de micronique à nanométrique, puis déterminer la relation entre la taille des particules et leur site de dépôt dans les voies respiratoires. De ce fait, les objectifs principaux de cette thèse sont la caractérisation métrologique et l’évaluation des performances des aérosols nanométriques en termes de cartographie de dépôt. Les résultats obtenus ont démontré qu’il est possible de générer efficacement des aérosols submicroniques et nanométriques soit solides soit liquides. Les aérosols contenant une plus grande quantité de nanoparticules ont montré un dépôt plus important dans les poumons, ce qui contribue au développement des techniques d'administration de médicaments par aérosolthérapies ainsi que pour des études toxicologiques. / Medical and socio-economic issues of respiratory diseases have a major importance in world medicine. Among the conventional minimally invasive procedures in the treatment of respiratory diseases, the aerosoltherapy distinguishes itself by its ability to deliver medication directly into the respiratory tract, such as the sinuses or the tracheal-bronchial tree. In this context, the use of nanoparticles to target the lungs is object of great advances in aerosoltherapy as nanometric aerosols have the ability to overcome obstacles in the upper airways and deposit in the deep lung, increasing the therapeutic and diagnostic performance of these aerosols. In order to contribute with the advance of aerosoltherapy treatments this thesis is directed towards the development of new techniques of generation of nanometric and submicronic aerosols, able to target specific regions of the respiratory system of a patient. The major problem within this context is the adjustment of the aerosol’s particle size in order to promote a targeted deposition in a patient. Therefore, it is firstly necessary to have a wide range of aerosols sizes, from micronic to nanometric, and then it is needed to determine the relationship between particle size and deposition site in the respiratory tract. As a result, the main objectives of this thesis are the metrological characterization of nanometric aerosols and the evaluation of its performance in terms of its deposition in the respiratory tract. The achieved results have demonstrated that is possible to efficiently generate submicronic and nanometric aerosols, either with solid or liquid particles. Aerosols containing a higher amount of nanoparticles showed a larger deposit in the lungs that may contribute to the advancement of aerosoltherapy techniques as well as for toxicological studies.

Les émissions anthropiques (industrielles, agricoles, de combustion) et naturelles (biogéniques, feux de biomasse, poussières désertiques) sont autant de sources qui affectent notre atmosphère. D'un impact rapide et quantifiable sur la qualité de l'air à une probable modification climatique, leur action est variée en termes d'espèces chimiques émises et de conséquences sur l'environnement et la santé humaine. En plus d'un impact direct localement, les panaches de gaz traces et de particules émis peuvent subir un transport à longue distance. Ce transport induit des modifications de leurs caractéristiques et donc de leur impact. Une mesure locale n'est alors pas suffisante pour comprendre le problème dans son ensemble. Les missions satellitaires apportent alors une information complémentaire déterminante puisqu'elles permettent une observation à l'échelle globale pour de nombreuses espèces. Cette vision globale de la troposphère a en particulier mis en évidence l'importance du transport intercontinental de la pollution et les fortes incertitudes dans sa représentation par les modèles de chimie et transport. Ce travail de thèse a permis d'améliorer la caractérisation et la quantification de l'impact relatif des émissions locales et des espèces transportées à longue distance sur la pollution régionale en se basant sur le couplage entre observations satellitaires et modélisation. Les observations utilisées sont les mesures des réseaux de surface AIRBASE et AERONET pour concentrations et les épaisseurs optiques, des satellites MODIS et PARASOL pour les propriétés optiques des aérosols, du lidar CALIOP pour la structure verticale des panaches. La modélisation a été réalisée avec le modèle météorologique WRF et le modèle de chimie-transport CHIMERE. Afin de comparer directement les résultats des simulations aux mesures, un nouvel outil a été développé. La valeur ajoutée de cet outil par rapport aux outils de calculs de propriétés optiques déjà existants est la simulation de données lidar de niveau 1. Ainsi, ce travail illustre également l'information supplémentaire qui peut être attendue de l'utilisation des observations lidar pour l'analyse des événements de pollution particulaire. Les comparaisons entre modèle et observations ont été réalisées sur la région Euro-Méditerranéen et pendant l'été 2007, période pendant laquelle neuf évènements intenses de transport d'aérosols minéraux venant d'Afrique et de feux de forêts sur l'ensemble de la région sont venus s'ajouter aux sources anthropiques et biogéniques. Les principaux résultats montrent une contribution significative de ces sources aux dépassements du seuil de pollution tant au niveau local que régional. Spécifiquement pour les feux, nous avons pu montrer que cette source particulière de particules dans l'atmosphère était responsable à elle seule de 40 à 55% des jours de dépassements cumulés pendant tout l'été et observés en Europe de l'Est. Les informations obtenues ont aussi permis de mettre en évidence les points critiques pour la simulation des aérosols liés aux paramétrisations considérées (distribution en taille des aérosols, hauteur d'injection, diffusion verticale), aux émissions et au transport.

Les enjeux médicaux et le contexte socio-économique des maladies respiratoires ont une importance majeure à l'échelle mondiale. Parmi les procédures mini-invasives classiques de traitement des maladies respiratoires, l'aérosolthérapie se distingue par sa capacité d'administrer des médicaments pour les pathologies locales, directement dans les voies respiratoires, comme les sinus ou l'arbre trachéaux-bronchique. Dans ce contexte, l'utilisation de nanoparticules à visée pulmonaire est objet de grandes avancées en aérosolthérapie car les aérosols nanométriques ont la capacité de contourner les obstacles dans les voies aériennes supérieures et se déposer dans le poumon profond, renforçant ainsi la performance thérapeutique et diagnostique de ces aérosols. Afin de contribuer à l'évolution des traitements par aérosolthérapie cette thèse s'est orientée vers le développement des nouvelles techniques de génération d'aérosols nanométriques et submicroniques, capables de cibler des régions spécifiques de l'appareil respiratoire d'un patient. La problématique majeure à être confrontée dans ce contexte est donc l'adaptation de la taille des particules de l'aérosol afin de promouvoir un dépôt ciblé chez le patient. Pour cela il est d'abord nécessaire d'avoir une large gamme de tailles d'aérosols, de micronique à nanométrique, puis déterminer la relation entre la taille des particules et leur site de dépôt dans les voies respiratoires. De ce fait, les objectifs principaux de cette thèse sont la caractérisation métrologique et l'évaluation des performances des aérosols nanométriques en termes de cartographie de dépôt. Les résultats obtenus ont démontré qu'il est possible de générer efficacement des aérosols submicroniques et nanométriques soit solides soit liquides. Les aérosols contenant une plus grande quantité de nanoparticules ont montré un dépôt plus important dans les poumons, ce qui contribue au développement des techniques d'administration de médicaments par aérosolthérapies ainsi que pour des études toxicologiques.

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'évolution des propriétés physico-chimiques d'un panache d'aérosols désertiques nord africains au cours de son transport vers l'Europe du Nord. Cet épisode de mai 2008 est considéré comme l'évènement de transport d'aérosols désertiques le plus important de ces cinq dernières années observé sur le continent européen. La propagation de ce panache a été étudiée en combinant des moyens d'observation (sols, aéroportées, spatiales) au modèle de recherche Méso-NH. L'analyse des processus de dépôt a révélée que les quantités éliminées de l'atmosphère par dépôt sec et humide représentent respectivement 7 et 40 % de la quantité émise. Les valeurs d'épaisseur optique mesurées à 440 nm sur l'Europe variaient de 0.1 à 0.8, avec un maximum proche de 1 au-dessus des Pays-Bas. Au-dessus de cette région, les aérosols désertiques sont principalement situés entre 2.5 et 5.2 km d'altitude, mais aussi proche de la surface. La concentration en aérosols désertiques au sein de ces deux couches a été estimée respectivement à 350 et 450 휇g.m-3. Néanmoins, les mesures réalisées ne présentaient pas les caractéristiques optiques habituellement associées à la présence d'aérosols désertiques. En particulier, la présence d'une importante dépendance spectrale a été observée le 30 mai à proximité de Cabauw. L'exploitation des simulations ont permis de montrer que cela résultait d'une efficacité de lessivage plus importante du mode grossier. La présence d'aérosols désertiques coïncide avec une augmentation de la concentration des noyaux de condensation (CCN). Nos résultats suggèrent que le mélange entre le panache et les aérosols de pollution d'origine anthropique a conduit à une augmentation des capacités hygroscopiques des aérosols désertiques. Ce travail de recherche confirme ainsi que les conditions physico-chimiques de l'atmosphère régissent le cycle de vie des aérosols.

Cette thèse est consacrée à l’étude de l’évolution des propriétés physico-chimiques d’un panache d’aérosols désertiques nord africains au cours de son transport vers l’Europe du Nord. Cet épisode de mai 2008 est considéré comme l’évènement de transport d’aérosols désertiques le plus important de ces cinq dernières années observé sur le continent européen. La propagation de ce panache a été étudiée en combinant des moyens d’observation (sols, aéroportées, spatiales) au modèle de recherche Méso-NH. L’analyse des processus de dépôt a révélée que les quantités éliminées de l’atmosphère par dépôt sec et humide représentent respectivement 7 et 40 % de la quantité émise. Les valeurs d’épaisseur optique mesurées à 440 nm sur l’Europe variaient de 0.1 à 0.8, avec un maximum proche de 1 au-dessus des Pays-Bas. Au-dessus de cette région, les aérosols désertiques sont principalement situés entre 2.5 et 5.2 km d’altitude, mais aussi proche de la surface. La concentration en aérosols désertiques au sein de ces deux couches a été estimée respectivement à 350 et 450 ��g.m-3. Néanmoins, les mesures réalisées ne présentaient pas les caractéristiques optiques habituellement associées à la présence d’aérosols désertiques. En particulier, la présence d’une importante dépendance spectrale a été observée le 30 mai à proximité de Cabauw. L’exploitation des simulations ont permis de montrer que cela résultait d’une efficacité de lessivage plus importante du mode grossier. La présence d’aérosols désertiques coïncide avec une augmentation de la concentration des noyaux de condensation (CCN). Nos résultats suggèrent que le mélange entre le panache et les aérosols de pollution d’origine anthropique a conduit à une augmentation des capacités hygroscopiques des aérosols désertiques. Ce travail de recherche confirme ainsi que les conditions physico-chimiques de l'atmosphère régissent le cycle de vie des aérosols. / This thesis focuses on the evolution of the dust physical and chemical properties through a case of long-range transport of Saharan dust over Northern Europe. This episode of May 2008 is considered as the strongest event of Saharan dust transport to Europe observed since these last five years. This spread of dust is investigated by combining observations (ground-based, airborne, satellite) and the meso-scale model Méso-NH.The analysis of the removal processes reveals that the amounts lost by dry and wet deposition represent 7 and 40 % the total dust emitted respectively. The observed aerosol optical thickness ranged from 0.1 to 0.8 at the wavelength of 440 nm, with a maximum value close to 1 is found over the Netherlands. Over that site, the dust layer was mainly located between 2.5 and 5.2 km, moreover dust was also present at 0.5 km. The concentration of dust inside these two layers is estimated to 350 and 450 ��g.m-3 respectively. Nevertheless, the usual optical characteristics of Saharan dust were not observed. In particular, the scattering coefficient measurements revealed a strong spectral dependence observed during the 30th May, close to Cabauw. The analysis of the numerical experiements revealed that this was due to high precipitation scavenging efficiency for the coarse mode. The presence of Saharan dust coincides with an increase of the cloud condensation nuclei (CCN) concentration. Our results suggest that the mixing processes between the Saharan dust and anthropogenic particles have led to an increase of the Saharan dust hygroscopic properties. Thus, this thesis confirms that physical and chemical conditions of the atmosphere govern the life cycle of dust.

La pollution atmosphérique en milieu urbain est un problème préoccupant car une fraction croissante de la population mondiale vit dans les villes. Les effets de la pollution se manifestent également sur la végétation urbaine et sur notre patrimoine architectural, de sorte que c'est la qualité de la vie de l'ensemble des habitants des métropoles de la planète qui est en jeu. Il est indispensable de connaître la composition des atmosphères urbaines et de comprendre les mécanismes qui régissent cette composition pour évaluer les conséquences de la pollution, définir les exigences de réduction des émissions et établir des scénarios des tendances futures. L'objectif du présent travail est de déterminer la composition chimique, les propriétés et le comportement des particules et des dépôts humides en Région bruxelloise. On a distingué les aérosols atmosphériques, les brouillards, les rosées (ou givres) récoltés à la fois sur les végétaux et sur un collecteur inerte, les pluies et les dépôts totaux (formés des pluies et des dépôts secs accumulés dans l'entonnoir de collecte en l'absence de pluie). Ce vaste objectif a été réalisé grâce à la collecte de nombreux échantillons sur une échelle de temps suffisante en différents endroits de la capitale, et à l'analyse de ces échantillons par des techniques variées et complémentaires (techniques classiques d'analyse d'échantillons liquides telles que spectrométrie d'absorption et d'émission atomique, chromatographie liquide, colorimétrie, ainsi que microscopie électronique et fluorescence des rayons-X). Trois collecteurs (pour le brouillard, la pluie et la rosée) ont été entièrement conçus et réalisés au laboratoire dans le cadre de ce travail. Les éléments suivants sont analysés: NO3, SO4, NH4, Na, Mg, Al, Si, P, S, CI, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb. Afin de comprendre les causes de la variabilité spatio-temporelle des concentrations, l'influence de paramètres tels que la saison, la direction du vent, et le lieu de prélèvement a été examinée. De plus, dans le cas des pluies et des brouillards, l'étude de l'évolution des concentrations au cours d'un même épisode a permis d'investiguer les processus physico-chimiques qui contrôlent le dépôt humide. Elle a permis d'acquérir une meilleure connaissance des mécanismes d'incorporation des aérosols dans la phase aqueuse et du phénomène de lessivage de l'atmosphère. Tout au long de ce travail, les interactions entre la phase particulaire (aérosols) et les phases liquides (brouillards, rosées, pluies) ont été examinées. Une relation entre les concentrations en éléments dissous et le volume d'eau de l'échantillon a été établie dans le cas des pluies, des rosées et des brouillards. Cette relation traduit un effet de dilution et démontre l'importance du mécanisme de condensation-évaporation des gouttes d'eau. L'importance du phénomène de nucléation des sulfates, nitrates et chlorures d'ammonium constitutifs de la fraction fine de l'aérosol soluble a été démontrée. Ces sels d'ammonium sont formés secondairement par des réactions de conversion gaz-particules. L'abondance des ions ammonium, et l'importance de leur action de neutralisation de l'acidité, constituent une particularité de l'atmosphère bruxelloise. L'identification des sources de particules et d'éléments en relation avec leurs propriétés chimiques et granulométriques a été réalisée en utilisant divers outils statistiques (corrélations entre éléments, analyse factorielle) et géochimiques (rapports de concentration, facteurs d'enrichissement, granulométrie). Les apports d'origine marine, continentale, biologique et anthropique (trafic, incinération des déchets, processus de combustion) ont ainsi été clairement mis en évidence dans l'aérosol et le brouillard bruxellois.