Abstract :

In 2011 a research project untitled « Analyse comparée de la perception de la pollution atmosphérique en milieu urbain et industriel. Société, géochimie et analyse spatiale » was financed by the ROHM. Such project aims a comparative study on atmospheric pollution between two OHMs, the Bassin Minier de Provence (BMP) and Estarreja. These are urban/industrial sites with some similarities but also with significant differences. The project gets together two research teams working on different, but complementary, fields of the earth sciences. Such interdisciplinary and inter-institutional collaboration resulted in an adjustment to the proposed plan of studies. The research teams decided to collect ground-level dust samples in both sites with the objective of comparing the chemical and mineralogical composition of the atmospheric particles with those of ground-level dusts. Dusts are a mixture of displaced soil and airborne particles that settle at the ground-level but that can be easily suspended by the action of wind, mainly the finer particles that are also those having higher probability of being inhaled and reach the human respiratory tract (< PM10). Potentially harmful elements to human health (PHE) such as lead, arsenic or aluminium are still being released to the environment in both sites and one major pathway of exposure to these PHE is through the inhalation/ingestion of contaminated dusts. Many models are being used for health exposure and risk assessment, which are applied in the evaluation of contaminated areas. But, such models normally assume that all 100% of potentially harmful elements are bioavailable (fraction of the PHE that reaches the human systemic circulation). Yet, researchers now recognize that the total concentration of a contaminant in the solid phase embraces large fractions that are unavailable to humans, and therefore onlyrepresent a minimal risk to human health. The main reason is that PHE occur in the solid-phase as discrete mineral phases, co-precipitated, in the form of sorbed species associated with minerals or organic matter, etc. The occurrence and distribution of an element among these various phases, and the physical relation between the phases and the solid, will control the element’s dissolution properties and, hence, its bioavailability and bioaccessibility (metal fraction that is soluble in the human gastrointestinal (GI) fluids or lung fluids, if dust ingestion or inhalation occurs). Ground-level dust samples were collected in the BMP and in Estarreja. Total concentrations and oral bioaccessible estimates of some PHE were determined in the dust samples. Bioaccessibility testing was carried out using the UBM method, developed by the Bioaccessibility Research Group of Europe, which is an in vitro test that reproduces the human GI tract and estimates the PHE fraction that is in bioaccessible forms (is soluble in the GI fluids and therefore available to cross the intestinal epithelium and reach systemic circulation). The mineralogical composition of the same dusts was determined by XRD and SEM. The preliminary results indicate that the mineralogical and chemical composition of the dusts raises some concern in terms of public health and that additional, detailed studies are necessary to assess the actual risk posed by the metal-laden dust particles.

Translated abstract :

En 2011, un projet de recherche intitulé " Analyse comparée de la perception de la pollution atmosphérique en milieu urbain et industriel. Société, géochimie et analyse spatiale " a été financé par le ROHM. Ce projet vise une étude comparative de la pollution atmosphérique entre deux OHM, le Bassin Minier de Provence (BMP) et l'Estarreja. Il s'agit de sites urbains/industriels présentant des similitudes mais aussi des différences significatives. Le projet réunit deux équipes de recherche travaillant dans des domaines différents mais complémentaires des sciences de la terre. Cette collaboration interdisciplinaire et interinstitutionnelle a entraîné un ajustement du plan d'études proposé. Les équipes de recherche ont décidé de collecter des échantillons de poussière au niveau du sol sur les deux sites afin de comparer la composition chimique et minéralogique des particules atmosphériques avec celle des poussières au niveau du sol. Les poussières sont un mélange de particules déplacées du sol et de particules en suspension dans l'air qui se déposent au niveau du sol mais qui peuvent être facilement mises en suspension par l'action du vent, principalement les particules les plus fines qui sont aussi celles qui ont la plus grande probabilité d'être inhalées et d'atteindre les voies respiratoires de l'homme (< PM10). Des éléments potentiellement dangereux pour la santé humaine (PHE) tels que le plomb, l'arsenic ou l'aluminium sont toujours rejetés dans l'environnement sur les deux sites et l'une des principales voies d'exposition à ces PHE est l'inhalation/l'ingestion de poussières contaminées. De nombreux modèles sont utilisés pour l'évaluation de l'exposition et des risques pour la santé, qui sont appliqués à l'évaluation des zones contaminées. Cependant, ces modèles supposent normalement que 100 % des éléments potentiellement dangereux sont biodisponibles (fraction de l'EPS qui atteint la circulation systémique humaine). Or, les chercheurs reconnaissent aujourd'hui que la concentration totale d'un contaminant en phase solide englobe d'importantes fractions qui ne sont pas disponibles pour l'homme et ne représentent donc qu'un risque minimal pour la santé humaine. La raison principale est que les PHE se présentent dans la phase solide sous forme de phases minérales discrètes, de coprécipitations, d'espèces sorbées associées à des minéraux ou à des matières organiques, etc. La présence et la distribution d'un élément parmi ces différentes phases, ainsi que la relation physique entre les phases et le solide, contrôlent les propriétés de dissolution de l'élément et, par conséquent, sa biodisponibilité et sa bioaccessibilité (fraction de métal soluble dans les fluides gastro-intestinaux (GI) ou pulmonaires, en cas d'ingestion ou d'inhalation de poussières). Des échantillons de poussière au niveau du sol ont été prélevés dans le BMP et à Estarreja.Les concentrations totales et les estimations de bioaccessibilité orale de certains PHE ont été déterminées dans les échantillons de poussière. Le test de bioaccessibilité a été réalisé à l'aide de la méthode UBM, mise au point par le Bioaccessibility Research Group of Europe, qui est un test in vitro reproduisant le tractus gastro-intestinal humain et permettant d'estimer la fraction de PHE qui se trouve sous des formes bioaccessibles (solubles dans les fluides gastro-intestinaux et donc disponibles pour traverser l'épithélium intestinal et atteindre la circulation systémique). La composition minéralogique des mêmes poussières a été déterminée par XRD et SEM. Les résultats préliminaires indiquent que la composition minéralogique et chimique des poussières soulève des inquiétudes en termes de santé publique et que des études supplémentaires et détaillées sont nécessaires pour évaluer le risque réel posé par les particules de poussière chargées en métaux.