Soutenance de thèse de Abd El Rahman EL MAIS

Le chauffage résidentiel au bois (CRB) est une source majeure de PM2,5 en hiver. Il émet aussi de grandes quantités de composés organiques volatils et semi-volatils (COV et COSV) conduisant à la formation d'aérosols organiques secondaires (AOS) représentant une fraction importante des PM2,5. La compréhension des processus de formation des AOS à partir de ces émissions, ainsi que leurs propriétés physicochimiques et leur potentiel toxicité, sont encore limités. Les particules étant des mélanges complexes, les méthodes d'analyses chimiques ne peuvent à elles seules les caractériser complètement ni identifier des composés bioactifs inconnus. La mise en œuvre de stratégies combinant une évaluation basée sur l'effet et des analyses chimiques permette d’évaluer l'activité biologique globale des PM et mettre en évidence la présence de molécules actives. Les principaux objectifs de ce travail étaient, d’étudier la formation de particules secondaires à partir des émissions du CRB et de précurseurs d’AOS caractéristiques de la combustion de la biomasse peu documentés dans la littérature, notamment les HAP et furanes (AOS HAP et furanes) ; et d’évaluer/comparer, à l'aide bioessais, les réponses biologiques des émissions primaires et secondaires du CRB ainsi que des AOS HAP et furanes. L'objectif final était d'identifier par une approche d’analyse dirigée par les effets (EDA), les molécules responsables des réponses biologiques observées. Ce travail a montré la pertinence d’une approche combinant bioessais et analyses chimiques non-ciblées afin d’identifier de nouveaux constituants bioactifs des PM qui pourraient être mesurés en air ambiant et dans les émissions de combustion.

Wintertime Residential wood combustion (RWC) is a significant source of fine particulate matter (PM2.5) in ambient air. It also emits large amounts of volatile and semi-volatile organic compounds (VOCs and SVOCs) inducing the formation, through atmospheric photo-(oxidation) processes, of secondary organic aerosols (SOA) accounting for a significant fraction of PM2.5. The understanding of the SOA formation processes from such emissions, as well as their physicochemical properties and toxicological potential, are rather limited. As PM are complex mixtures, chemical analyses alone cannot fully characterize them nor identify unknown bio-active species. Implementing complementary integrated strategies, combining effect-based assessment and analytical methods can allow to evaluate the overall PM biological activity and reveal the presence of potent toxicological compounds. In this context, the main objectives of this PhD work were first, to study the secondary particle formation from RWC emissions and from key biomass burning SOA precursors poorly documented in the literature, namely PAHs and furans (PAHs and furans SOA); and second, to assess and compare, using in vitro bioassays, the biological responses of the primary and secondary biomass burning emissions as well as of PAHs and furans SOA. The final objective was to identify, using effect-directed analysis (EDA), the key species involved in the observed biological responses. Overall, this work has shown the relevance of combining effect-based methods with non-targeted chemical characterization to discover new key PM bioactive constituents that might be later monitored in ambient air as well as in combustion emissions.