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 litière de fumier recyclé (LFR) (séparation du fumier et fraction solide remise sous les animaux) est de plus en plus utilisée dans l’industrie laitière au Québec. Pourtant, les risques reliés à son utilisation sur la santé humaine sont méconnus. La présente étude tente donc d’identifier la meilleure méthode de compostage de la LFR quant à la qualité de l’air dans les fermes laitières. Quatre méthodes de compostage du solide ont été testées : SW) statique; TW) retourné quotidiennement; DC24) statique après 24 h dans un composteur rotatif; et DC72) statique après 72 h dans un composteur rotatif. Des échantillons d’air ont été prélevés aux jours 0, 5, 10 à l’aide d’un échantillonneur liquide et d’un autre sur filtre. Les poussières ont été mesurées par compteur optique de particules. Les microorganismes ont été analysés par culture (bactéries et moisissures mésophiles, moisissures thermotolérantes) ou par qPCR pour les bactéries totales et Penicillium/Aspergillus, ainsi que plusieurs agents pathogènes et un gène de résistance aux carbapénèmes. Au jour 0, les poussières et les moisissures mésophiles sont inférieures pour SW, TW et DC24. Les bactéries totales sont plus faibles pour SW et TW et Penicilium/Aspergillus pour DC24. Au jour 5, les poussières sont inférieures pour DC24 et DC72, alors que les moisissures mésophiles, bactéries totales et Penicillium/Aspergillus sont en plus faibles concentrations pour SW et TW. Au jour 10, les poussières et Penicillium/Aspergillus sont plus faibles pour SW et TW, les bactéries totales pour DC72 et les résultats ne diffèrent pas pour les moisissures mésophiles. Pour les trois journées d’échantillonnage, SW a des concentrations inférieures à DC72 en bactéries mésophiles. Aucun des résultats de moisissures thermotolérantes ni d’endotoxines ne diffère et aucun des agents pathogènes ni le gène de résistance n’a été détecté par qPCR. Les traitements SW et TW semblent représenter les meilleurs choix quant à la qualité de l’air. / Recycled manure solids (RMS) (solid-liquid separation f fresh manure where the solid fraction is used as bedding) gain rising interest in Quebec’s dairy industry. However, RMS use’s associated risks on human and animal health are unknown. This study tried to identify the best composting method regarding to air quality in dairy barns. Four composting methods were tested: SW) static, TW) daily turned, DC24) static after 24 h in a drum composter and DC72) static after 72 h in a drum composter. Air sampling were done with a liquid sampler and a filter sampler at days 0, 5 and 10. Dust concentrations were measured by an optical particle counter. Microorganisms were analysed by culture (mesophilic bacteria and fungi, thermotolerant fungi) or by qPCR for total bacteria (16s rDNA) and Penicillium/Aspergillus (ITS1), as well for several pathogenic agents and a carbapeneme resistance gene (KPC). At day 0 and 5, SW, TW and DC24 lead to the lowest concentrations for dust and mesophilic fungi. Total bacteria were lower for SW and TW, while Penicillium/Aspergillus were lower for DC24. At day 5, DC24 and DC72 lead to the lowest concentrations for dust, while SW and TW lead to lower concentrations for mesophilic fungi, total bacteria and Penicillium/Aspergillus. At day 10, dust and Penicillium/Aspergillus were lower for SW and TW, while total bacteria were lower for DC72 and no mesophilic fungi did not differ. For the three sampling days, SW lead to lower concentration of mesophilic bacteria than DC72. No thermotolerant fungi or endotoxins results differ and no pathogenic agent or the carbapenem resistance gene were detected by qPCR. Thus, SW and TW seem to be the methods to privilege regarding air quality in dairy barns.

L’objectif de ce projet est de dresser le portrait de l’utilisation des équipements mus par un moteur à combustion interne dans les mines souterraines du Québec et d’établir leur impact sur la qualité de l’air et les besoins en ventilation. Ainsi, de juin 2010 à septembre 2011, 17 mines souterraines de la province ont été contactées. La banque de données obtenues comprend 9 mines en production et 4 mines en développement. Ces données ont servi au calcul d’indices de conformité sur le respect de la réglementation en ce qui a trait aux limites des concentrations et aux délais d’échantillonnage du monoxyde de carbone et des matières particulaires diesel. En outre, quelques technologies de contrôle des matières particulaires diesel (MPD) sont présentées, le potentiel de réduction de la concentration moyenne des MPD dans le réseau principal des mines est évalué pour certaines d’entre elles. Finalement, certains indices calculés permettent d’établir l’impact du niveau de mécanisation sur les besoins en ventilation. / The objective of this project is to develop a profile of the use of equipment powered by an internal combustion engine in Quebec underground mines and establish their impact on air quality. Thus, from June 2010 to September 2011, 17 underground mines in the province were contacted. The database obtained contains 9 producing mines and 4 mines under development. These data were used to calculate indices of compliance with respect to concentration limits and sampling of carbon monoxide as well as diesel particulate matter (DPM). In addition, some DPM control technologies are presented, the potential for reducing the average concentration of DPM in the main network is evaluated for some control technologies. Finally, some indices were calculated to establish the impact of mechanization on ventilation requirements.

La pollution de l’air au Québec fait l’objet d’un bon suivi quotidien pour répondre aux enjeux de la santé publique. Cependant, il y a peu d’analyse concernant les tendances à long terme des polluants et ces analyses ne traitent que des polluants qui ont un impact connu sur la santé humaine. L’un des deux objectifs de ce projet vise donc à faire l’analyse des tendances de dix polluants entre 1974 et 2015 sur le territoire du Québec. Le second est de déterminer les sources de la pollution transfrontalière. Les polluants à l’étude sont l’ozone troposphérique (O3) et les matières particulaires de toutes les tailles (<2,5 μm, <10 μm et >10 μm), ainsi que leurs concentrations en nitrates et sulfates. Le déplacement sur de grandes distances de l’O3 et des PM2.5 est aussi analysé, grâce à la méthodologie des rétrotrajectoires. Des tendances totales, annuelles, mensuelles, hebdomadaires et journalières ont été faites pour comprendre les divers patrons de concentrations des polluants. Puis, lorsque les normes de dépassements étaient disponibles, une analyse temporelle et spatiale de ces dépassements a été faite. De manière générale, la qualité de l’air au Québec s’est améliorée pour sept des dix polluants à l’étude. L’O3 ainsi que les nitrates qui composent les PM10 (NPM10) sont les seuls polluants à montrer une augmentation au cours de la période à l’étude. Les PM2.5, pour leurs parts demeurent stables sur la période d’étude. Spatialement, les concentrations dépendent des polluants ainsi que de leurs sources d’émissions. Pour le transport longue distance de l’O3, les sources associées aux hautes concentrations proviennent du nord du Québec et du secteur des Grands Lacs canadiens. Le transport longue distance des PM2.5 provient essentiellement du secteur des Grands Lacs. Mots-clés : Pollution atmosphérique, qualité de l’air, rétrotrajectoires, ozone troposphérique, PM2.5, tendance temporelle, géographie.

Atmospheric formaldehyde (H2CO) is an intermediate product common to the degradation of many volatile organic compounds and therefore it is a central component of the tropospheric chemistry. While the global formaldehyde background is due to methane oxidation, emissions of non-methane volatile organic compounds (NMVOCs) from biogenic, biomass burning and anthropogenic continental sources result in important and localised enhancements of the H2CO concentration. Recent spaceborne nadir sensors provide an opportunity to quantify the abundance of tropospheric formaldehyde at the global scale, and thereby to improve our knowledge of NMVOC emissions. This is essential for a better understanding of the processes that control the production and the evolution of tropospheric ozone, a key actor in air quality and climate change, but also of the hydroxyl radical OH, the main cleansing agent of our troposphere. For this reason, H2CO satellite observations are increasingly used in combination with tropospheric chemistry transport models to constrain NMVOC emission inventories in so-called top-down inversion approaches. Such inverse modelling applications require well characterised satellite data products consistently retrieved over long time periods.<p>This work reports on global observations of formaldehyde columns retrieved from the successive solar backscatter nadir sensors GOME, SCIAMACHY and GOME-2, respectively launched in 1995, 2002 and 2006. The retrieval procedure is based on the differential optical absorption spectroscopy technique (DOAS). Formaldehyde concentrations integrated along the mean atmospheric optical path are derived from the recorded spectra in the UV region, and further converted to vertical columns by means of calculated air mass factors. These are obtained from radiative transfer simulations, accounting for cloud coverage, surface properties and best-guess H2CO profiles, the latter being derived from the IMAGES chemistry transport model. A key task of the thesis has consisted in the optimisation of the H2CO retrieval settings from multiple sensors, taking into account the instrumental specificities of each sounder. As a result of these efforts, a homogeneous dataset of formaldehyde columns covering the period from 1996 to 2010 has been created. This comes with a comprehensive error budget that treats errors related to the spectral fit of the columns as well as those associated to the air mass factor evaluation. The time series of the GOME, SCIAMACHY and GOME-2 H2CO observations is shown to be consistent and stable over time. In addition, GOME-2 brings a significant reduction of the noise on spatiotemporally averaged observations, leading to a better identification of the emission sources. Our dataset is used to study the regional formaldehyde distribution, as well as its seasonal and interannual variations, principally related to temperature changes and fire events, but also to anthropogenic activities. Moreover, building on the quality of our 15-year time series, we present the first analysis of long-term changes in the H2CO columns. Positive trends, in the range of 1.5 to 4% yr-1, are found in Asia, more particularly in Eastern China and India, and are related to the known increase of anthropogenic NMVOC emissions in these regions. Finally, our dataset has been extensively used in several studies, in particular by the BIRA-IASB modelling team to constrain NMVOC emission fluxes. The results demonstrate the high potential of satellite data as top-down constraint for biogenic and biomass burning NMVOC emission inventories, especially in Tropical ecosystems, in Southeastern Asia, and in Southeastern US. <p><p>Le formaldéhyde (H2CO) joue un rôle central dans la chimie de la troposphère en tant que produit intermédiaire commun à la dégradation chimique de la plupart des composés organiques volatils dans l’atmosphère. L’oxydation du méthane est responsable de plus de la moitié de la concentration moyenne globale du formaldéhyde. Sur les continents en revanche, les hydrocarbures non-méthaniques (NMVOCs) émis par la végétation, les feux de biomasse et les activités humaines, augmentent de façon significative et localisée la concentration de H2CO. Les récents senseurs satellitaires à visée nadir offrent la possibilité de quantifier à l’échelle globale l’abondance du formaldéhyde dans la troposphère et de ce fait, d’améliorer notre connaissance des émissions de NMVOCs. Ceci est essentiel à la compréhension des mécanismes contrôlant la production et l’évolution de l’ozone troposphérique, élément clé pour la qualité de l’air et les changements climatiques, mais aussi du composé hydroxyle OH, le principal agent nettoyant de notre troposphère. C’est pourquoi, une méthode de plus en plus répandue pour améliorer les inventaires d’émissions des NMVOCs consiste en l’utilisation d’observations satellitaires de H2CO en combinaison avec un modèle de chimie et de transport troposphérique, dans une approche appelée modélisation inverse. Ce genre d’application demande des produits satellitaires bien caractérisés et dérivés de façon cohérente sur de longues périodes de temps.<p>Le travail présenté dans ce manuscrit porte sur l’inversion des colonnes de formaldéhyde à partir de spectres de la radiation solaire rétrodiffusée par l’atmosphère terrestre, mesurés par les senseurs GOME, SCIAMACHY et GOME-2, lancés successivement en 1995, 2002 et 2006. La méthode d’inversion est basée sur la spectroscopie d’absorption optique différentielle (DOAS). Les concentrations de formaldéhyde intégrées le long du chemin optique moyen dans l’atmosphère sont dérivées à partir des spectres mesurés, et ensuite transformées en colonnes verticales par le biais de facteurs de conversion appelés facteurs de masse d’air. Ces derniers sont calculés à l’aide d’un modèle de transfert radiatif, en tenant compte de la présence de nuages, des propriétés de la surface terrestre et la distribution verticale supposée du formaldéhyde, fournie par le modèle IMAGES. Un des objectifs principaux de la thèse a été d’optimiser les paramètres d’inversion pour H2CO, et ceci pour les trois senseurs, tout en tenant compte des spécificités de chaque instrument. Ces efforts ont conduit à la création d’un jeu de données homogène, couvrant la période de 1996 à 2010. Les colonnes sont fournies avec un bilan d’erreur complet, incluant les erreurs liées à l’inversion des concentrations dans les spectres, ainsi que celles provenant de l’évaluation des facteurs de masse d’air. La série temporelle des observations de GOME, SCIAMACHY et GOME-2 présente une bonne cohérence et stabilité sur toute la période. Nous montrons aussi que la meilleure couverture terrestre de GOME-2 entraîne une réduction significative du bruit sur les observations moyennées, permettant une meilleure identification des sources d’émission. Notre jeu de données est exploité pour étudier la distribution régionale du formaldéhyde, ainsi que ses variations saisonnières et interannuelles, principalement liées aux variations de température et aux feux de végétation, mais aussi aux activités anthropiques. De plus, en s’appuyant sur la qualité de la série temporelle de 15 ans, nous présentons la première analyse des variations à long terme des concentrations de H2CO. Des tendances positives, de l’ordre de 1.5 à 4% par an, sont observées en Asie, en particulier dans l’est de la Chine et en Inde, liées à l’augmentation des émissions anthropiques d’hydrocarbures dans ces régions. Finalement, nos données ont été largement exploitées par le groupe de modélisation de l’IASB pour faire des études de modélisation inverse des émissions de NMVOCs. Les résultats démontrent le haut potentiel des données satellitaires pour contraindre les inventaires d’émissions dues à la végétation et aux feux de biomasse, particulièrement dans les écosystèmes tropicaux, en Asie du sud-est, et dans le sud-est des Etats-Unis. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished