Les particules utilisées

II.1.1. Les particules atmosphériques PM_2,5

II.1.1.1. La campagne de prélèvements

Dans le cadre de notre étude, nous avons choisi de collecter spécifiquement les PM2,5

en raison de l’impact sanitaire prépondérant qu’elles ont par rapport aux particules de taille supérieures.

Le site de prélèvement, déterminé en collaboration avec l’association de mesure de la qualité de l’air de Lorraine (ATMO Lorraine Nord), est situé dans une station qualifiée par le réseau de mesure de station de proximité industrielle car située au voisinage immédiat d’un site sidérurgique important de la vallée de la Fensch. La localisation du site entre le site industriel et une voie de circulation importante permet des échantillonnages de pollutions plutôt de caractère mixte industriel et routier. Cette station dispose d’un équipement complet d’analyseur des polluants réglementés et d’une station météorologique.

Les PM_2,5 ont été prélevées pendant une année (du 21 septembre 2007 au 19

septembre 2008) à raison d’un filtre par semaine dans l’objectif de disposer d’échantillons correspondant aux quatre saisons ce qui a permis de disposer de 12 filtres par saison.

L’appareil utilisé pour la collecte est un Partisol, Model 2000 Air Sampler (Rupprecht & Patashnick Co., Inc., Albany, NY) équipé d’une seule tête de prélèvement permettant de

récupérer les PM2,5 sur des filtres en nitrocellulose d’un diamètre de 47 mm, de porosité 8 µm

(Sartorius, Allemagne) avec un débit constant de 16,7 l.min^-1 (soit 1 m³.h^-1) pendant 7 jours

consécutifs (Figure 16). Les filtres sont pesés avant et après le prélèvement et conservés à température constante de 20°C, à l’obscurité, jusqu’à leur traitement pour la remise en suspension des particules.

Figure 16 : Eléments du Partisol 2000 et de la tête de prélèvement. A : le partisol en situation B : la pompe,

C : l’ordinateur qui régule la pompe, D : le support de filtre, E : la tête de prélèvement permettant de sélectionner les PM2,5 par coupure granulométrique.

II.1.1.2. Récupération des PM2,5 déposées sur les filtres

Le filtre est placé dans un bécher en verre, la face de dépôt des particules vers le fond du récipient, contenant 5 mL d’eau ultra pure (EUP). L’ensemble est ensuite placé dans un bain à ultrasons (BRANSONIC, 40KHz), pendant 7 minutes puis sur un agitateur orbital pendant 5 minutes. Après récupération des 5 mL d’eau ultra pure contenant les particules, l’opération est renouvelée avec de nouveau 5 mL d’eau ultra pure. La figure 17 montre que la répartition des particules sur le filtre avant sonication est homogène (Figure 17A) tandis qu’après sonication on observe clairement les zones d’altération dues aux ultrasons (Figure 17A). Les 10 mL d’eau ultra pure contenant les particules ainsi récupérées sont placés à -20°C pour ensuite être lyophilisés (Freezone 6, LABCONCO). La masse de particules récupérées

s’obtient par pesée du récipient de lyophilisation avant et après la lyophilisation. Les PM2,5 de

quatre filtres prélevés consécutivement dans le temps ont été préparées simultanément de manière à disposer d’un échantillon par mois.

A B

Figure 17 : Photographies d’un même filtre avant (A) et après (B) les deux sonications

II.1.1.3. Quantification des PM2,5 récupérées

Les quantités de particules récupérées sont déterminées par pesée comme indiqué ci-dessus. Une seconde méthode a été envisagée pour palier à l’imprécision de pesée des faibles

quantités de particules présentes dans le cas de la préparation de PM_2,5 à partir d’un seul filtre.

Elle consiste à mesurer l’absorbance à 340 nm de la suspension de PM_2,5 et à la comparer à

une gamme d’étalonnage réalisée à partir de suspensions de particules de noir de carbone (printex 90) de 1,25 à 80 µg/mL. Les suspensions sont réalisées dans le même tampon que les échantillons. Toutes les solutions sont soumises aux ultrasons pendant 10 minutes. 75 µl des suspensions sont déposés en triplicat dans une microplaque de 96 puits pour la mesure d’absorbance à 340 nm. La quantité de particules est alors calculée en µg/mL d’équivalent

noir de carbone (Brown et al., 2004b).

II.1.1.4. Préparation des suspensions de particules

Pour les expositions des cellules en culture, les particules sont remises en suspension à une concentration de 5 mg/mL dans une solution saline (NaCl à 0,9 %) contenant du DPL

(2,3-Dipalmitoyl-sn-glycero-1-phosphocholine) à 0,02 %, et de la SAB (Sérum-albumine

bovine) à 1% (tampon salin DPL/SAB) puis soumis aux ultrasons dans un bain à ultrasons pendant 20 minutes. Les suspensions de particules ainsi obtenues sont immédiatement

réparties en fractions aliquotes et conservées -20°C (Foucaud et al., 2007).

Les suspensions réalisées pour cette étude, correspondent au mélange des échantillons mensuels de chaque saison soit les particules collectées sur 12 filtres.

II.1.1.5. Chimie analytique

Pour déterminer la nature et estimer la quantité relative des HAP et métaux présents à la surface des particules collectés, des prélèvements spécifiques ont été réalisés à cette fin pendant une semaine (Août 2005 pour les HAP et Avril 2008 pour les métaux).

II.1.1.5.1. Dosage des HAP

Les dosages en HAP sur les particules ont été réalisés par le Laboratoire de Spectrométrie de Masse et de Chimie Laser (LSMCL) dirigé par Jean-Jacques Gaumet. La technique employée fait appel à un spectromètre de masse MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation – Time Of Flight) (Bruker Daltonics, Allemagne).

II.1.1.5.2. Dosage des métaux

Des particules sur filtre ainsi que des particules lyophilisées ont été analysées par le

laboratoire Micropolluant Technologie S.A. (Thionville).

Les échantillons sont minéralisés à l’aide d’un mélange d’acide nitrique et de peroxyde d’hydrogène en condition micro-onde. Les métaux sont dosés par spectrométrie de masse à induction plasma (ICP-MS) selon la norme NF EN 14902, X43-026. Les métaux quantifiés sont : Aluminium, Titane, Vanadium, Chrome, Manganèse, Fer, Nickel, Cuivre, Zinc, Arsenic, Cadmium et Plomb.

II.1.2. Les particules de noir de carbone

II.1.2.1. Caractéristiques

Deux types de particules de noir de carbone sont utilisés. Les Huber 990 (H. Haeffner & Co. Ltd (Chepstow, Angleterre), d’un diamètre variant entre 129 nm et 592 nm (diamètre moyen de 260 ± 13,7 nm), particules dites fines. Le second type de particules sont les Printex 90 (Degussa, Frankfurt, Allemagne), d’un diamètre compris entre 7,7 nm et 28,2 nm

(diamètre moyen 14,3 ± 0,6 nm), qualifiées de particules ultrafines (Stone et al., 2000).

Tableau 6 : Caractéristiques des particules fines et des particules ultrafines (Stone et al., 2000)

Particule Diamètre moyen en nm Surface en m².g^-1 Teneur en fer en ng.mg^-1

Les suspensions de particules sont préparées dans le tampon salin DPL/SAB et dispersées par ultrasons pendant 10 min (bain à ultrason) juste avant addition à raison de 1 % du volume final lors des expérimentations (50 µg/mL).

II.1.2.2. Dopages des particules fines et ultrafines de noir de carbone II.1.2.2.1. Dopage en HAP

0,5 g de particules fines et ultrafines de noir de carbone sont mises en contact avec 10 mL d’une solution d’HAP (pyrène, benzo[a]pyrène ou benzo[b]fluoranthène) à 0,5 µg/mL dans du dichlorométhane. Les particules et la solution de HAP sont placées dans un bécher en verre et mis dans un bain à ultrasons pendant 10 minutes puis sous agitation pendant une nuit (sous hotte aspirante). Durant la nuit, le dichlorométhane s’évapore à température ambiante

(Jakab et al., 1990). Les particules dopées en HAP nécessaires sont remises en suspension à la

concentration de 5 000 µg/mL dans le tampon salin DPL/SAB. La concentration théorique en HAP sur les particules est de 10 µg de HAP par g de particules.

La capacité d’adsorption des HAP par les particules a été évaluée par une méthode d’extraction solide/liquide à l’aide d’un soxhlet, sur des particules dopées avec 150 µg de pyrène par gramme de CB. Le solvant utilisé pour l’extraction est le dichlorométhane et la durée de l’extraction est de 20 heures. Après l’extraction, le dichlorométhane est évaporé par

chauffage léger et le pyrène est remis en solution dans de l’acétonitrile (Ryno et al., 2006).

Cette solution est analysée par HPLC afin de déterminer la quantité de HAP désorbée, permettant ainsi de calculer celle adsorbée sur les particules. Les conditions opératoires d’analyses sont les suivantes : volume d’injection de 20 µL, phase stationnaire apolaire (colonne utpisphere 5 µm 250*4,6 mm, INTERCHIM) phase mobile 100 % acétonitrile à un débit de 1 mL/min à 20°C, méthode isocratique, pression constante de 1000 psi.

II.1.2.2.2. Dopage en métaux

0,5 g de particules fines ou ultrafines de carbone sont mises en contact avec 20 mL d’une solution aqueuse de sel métallique à laquelle on ajoute 600 µl d’acétone afin de favoriser la dispersion des particules hydrophobes. Quatre solutions de sels métalliques sont

utilisées : 1) une solution de sulfate de fer (FeSO4, 7H2O) à 500 µg de fer par mL soit 20 mg

plomb par mL soit 0,4 mg de plomb par g de particules 3) une solution de sulfate de zinc

(ZnSO4, 7H2O) à 100 µg de zinc par mL soit 4 mg de zinc par g de particules. 4) une solution

de sulfate de cuivre (CuSO4, 5H2O) à 5 µg de cuivre par mL soit 0,2 mg de cuivre par g de

particules. Les suspensions de particules sont ensuite placées à 100°C jusqu’à évaporation totale (une nuit). Les particules récupérées subissent ensuite un traitement thermique à 600°C pendant 8 heures sous atmosphère inerte (azote) dans un four tubulaire (CARBOLITE)

(Probst et al., 2004). Les particules sont pesées avant et après ce traitement thermique pour

déterminer la perte de matière carbonée éventuelle.