Modélisation du potentiel oxydant et des concentrations de métaux dans l'atmosphère à l'échelle de l'Ile-De-France // Modeling oxidizing potential and metal concentrations in the atmosphere for the Ile-De-France region

La pollution atmosphérique est un problème de santé publique majeur. Malgré des efforts importants pour réduire les concentrations des polluants les plus nocifs, les niveaux observés dans l'atmosphère restent préoccupants pour la santé humaine notamment dans les environnements urbains comme l'Ile-De-France.
Pour améliorer cette situation, il est nécessaire de pouvoir relier sources de pollution et impact sanitaire pour trouver des solutions plus efficaces permettant de cibler les sources de pollution les plus nocives. C'est le cas pour les particules fines atmosphériques qui seraient responsables de 40 000 décès par an en France. Pourtant la réglementation actuelle s'appuie sur le respect de concentrations seuils basées sur la concentration massique sans tenir compte de la nature chimique des particules et donc de la toxicité associée aux différentes sources de ces particules dans l'atmosphère.
Ces dernières années, la communauté scientifique cherche à développer de nouveaux indicateurs qui donneraient des informations plus directes sur la toxicité des particules et les sources associées. Parmi ces indicateurs, le potentiel oxydant (PO) est un indicateur très prometteur qui donne une mesure indirecte du stress oxydant induit dans le système respiratoire par la présence de particules fines. Ce stress se manifeste notamment lorsque certaines fractions de l'aérosol, matière organique et certains métaux (Cu, Mn, Fe …), induisent la formation d'espèces réactives de l'oxygène qui, en excès par rapport aux antioxydants naturellement présents dans le fluide pulmonaire, provoquent des phénomènes inflammatoires.
Nous avons développé récemment un modèle qui permet de simuler le PO (Vida et al. 2024) et qui est couplé au modèle de chimie-transport CHIMERE (utilisé pour la prévision de la qualité de l'air en France et en Europe). En parallèle, nous avons développé à l'échelle européenne des inventaires d'émissions de Cuivre (Cu), de Fer (Fe) et de Manganèse (Mn), 3 métaux importants dans la génération du stress oxydant (thèse N. Dubois).
Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de simuler le PO ainsi que les concentrations de Cu, Fe et Mn à l'échelle de l'IDF.
Dans cet environnement urbain très dense, les sources de pollution sont à la fois locales (traffic routier, transports, chauffage domestique, industries) mais aussi régionales voire continentales (agriculture, transport depuis d'autres zones urbaines). Il sera ainsi possible d'identifier et de quantifier les sources de pollution les plus toxiques présentes en IDF dans la perspective de soutenir les politiques de réduction de la pollution atmosphérique.
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Air pollution is a major public health problem. Despite significant efforts to reduce the concentrations of the most harmful pollutants, the levels observed in the atmosphere remain a concern for human health, particularly in urban environments such as the Ile-De-France region.
To improve this situation, it is necessary to be able to link pollution sources and health impacts to find more effective solutions to target the most harmful sources of pollution. This is the case for fine atmospheric particles, which are responsible for 40,000 deaths per year in France. However, current regulations are based on compliance with threshold concentrations based on mass concentration without taking into account the chemical nature of the particles and therefore the toxicity associated with the different sources of these particles in the atmosphere.
In recent years, the scientific community has sought to develop new indicators that would provide more direct information on the toxicity of particles and the associated sources. Among these indicators, the oxidative potential (PO) is a very promising indicator that provides an indirect measure of the oxidative stress induced in the respiratory system by the presence of fine particles. This stress manifests itself in particular when certain fractions of the aerosol, organic matter and certain metals (Cu, Mn, Fe, etc.), induce the formation of reactive oxygen species which, in excess of the antioxidants naturally present in the pulmonary fluid, cause inflammatory phenomena.
We have recently developed a model that simulates PO (Vida et al. 2024) and which is coupled with the CHIMERE chemistry-transport model (used to predict air quality in France and Europe). In parallel, we have developed European-scale inventories of emissions of Copper (Cu), Iron (Fe) and Manganese (Mn), 3 important metals in the generation of oxidative stress (thesis N. Dubois).
In this thesis, we propose to simulate PO as well as Cu, Fe and Mn concentrations at the IDF scale.
In this very dense urban environment, pollution sources are both local (road traffic, transport, domestic heating, industries) but also regional or even continental (agriculture, transport from other urban areas). It will thus be possible to identify and quantify the most toxic pollution sources present in IDF with a view to supporting policies to reduce air pollution.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Financement d'un établissement public Français

Université Paris-Est Créteil Val de Marne

531 SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement

Ce sujet qui porte sur des sujets très innovants requiert une motivation et une curiosité importante du·de la candidat·e qui sera choisi·e. En termes de formation académique et d'expérience, il est attendu que le·la candidat·e possède des connaissances importantes en science de l'atmosphère et notamment en chimie. Il·elle devra utiliser le modèle de chimie-transport CHIMERE (Fortran) sur le centre de calcul du TGCC (CEA) mais aussi tous les outils d'analyse et de post traitement (R, Python…).
This subject, which deals with very innovative topics, requires significant motivation and curiosity from the candidate who will be chosen. In terms of academic training and experience, the candidate is expected to have significant knowledge in atmospheric science and in particular in chemistry. He/she will have to use the CHIMERE chemistry-transport model (Fortran) on the TGCC computing center (CEA) but also all the analysis and post-processing tools (R, Python, etc.).