Métrologie des pollens dans l`air

Transcription

Métrologie des pollens
dans l’air : étude
intercomparative en
région LanguedocRoussillon
Rapport final
Janvier 2005
(
Cette étude a été réalisée par l'Unité de Palynologie de l'Ecole
Nationale Supérieure Agronomique de Montpellier sous la
direction de Michel CALLEJA et d'Isabelle FARRERA et avec la
participation de Tancrède ALMERAS, Paul RICHARD, Odile
ROSSI et Denis VERNIER.
Avec l'appui scientifique et technique de Jordina BELMONTE
et Rut PUIGDEMONT du Laboratoire d'Analyses Palynologiques
de l'Université Autonome de Barcelone.
Cette étude a été commanditée par la DRASS LanguedocRoussillon sous la responsabilité d'Isabelle PLAISANT, ingénieur
du génie sanitaire, et a bénéficié d'un financement de la DRIRE
Languedoc-Roussillon.
Les auteurs remercient Bernard CLOT de Météo-Suisse pour
ses nombreuses remarques constructives.
INTRODUCTION
4
1 - PRINCIPES D'AEROBIOLOGIE
6
1.1 – LE POLLEN
6
1.2 – LES METHODES DE MESURE EN AEROBIOLOGIE
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1.3 - LES ETAPES DE L'AEROBIOLOGIE EN FRANCE
7
2 - ETUDE METROLOGIQUE
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2.1 - PRESENTATION DES METHODES HIRST ET COUR
2.1.1 – La méthode Hirst
2.1.1.1 – Protocole expérimental
2.1.1.2 –Analyse des prélèvements
2.1.1.3 - Estimation des concentrations polliniques
2.1.1.3.1. Analyse journalière
2.1.1.3.2. Analyse hebdomadaire
2.1.2 – La méthode Cour
2.1.2.2 – Traitement des prélèvements
2.1.2.3 – Analyse des prélèvements
2.1.2.5 – Mesure de la sédimentation pollinique
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2.2 - ETUDE METROLOGIQUE DES METHODES HIRST ET COUR
2.2.1 - Répétabilité de la méthode Hirst et de la méthode Cour
2.2.1.1 - Dispositif expérimental
2.2.1.2 – Résultats - Discussion
2.2.1.2.1 - Richesse taxonomique
2.2.1.2.2 - Concentrations polliniques
A - Approche statistique
A - 1 - Choix de la méthode
A - 2 - Application
A – 2 – a – Méthode Hirst
A – 2 – b – Méthode Cour
A - 3 - Conclusion
B - Analyse des données
B – 1 - Méthode Hirst
B – 2 - Méthode Cour
C – Discussion
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2.2.2 - Comparaison des méthodes Hirst et Cour
2.2.2.2 - Résultats
2.2.2.3 - Discussion
2.2.3 - Conclusion
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2.3 – AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES METHODES HIRST ET COUR
2.3.1 - Coût du matériel
2.3.2 - Installation du matériel
2.3.3 - Taille de l'échantillon d'air analysé
2.3.4 - Erreur de mesure (justesse, biais)
2.3.5 - Montage, analyse et "pas de mesure"
2.3.6 - Niveau de détermination
2.3.7 - Conservation et perte des échantillons
2.3.8 - Pannes
2.3.9 - Récapitulatif
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3. ETUDE COMPARATIVE D’IMPLANTATION DES CAPTEURS EN LANGUEDOCROUSSILLON
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3.1 – CONSIDERATIONS METHODOLOGIQUES
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3.2 – CADRE DE L’ETUDE ET DISPOSITIF EXPERIMENTAL
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3.3 – CONTROLE QUALITE DES DONNEES POLLINIQUES
3.4.1 - Richesse taxonomique
3.4.2 - Concentrations polliniques
3.4.2.1 - Analyse en composante principale
3.4.2.2 - ACP élargie
3.4.2.3 - Comparaison inter-sites dynamique
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4.5 – CONCLUSION
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4 - CONCLUSION - PERSPECTIVES
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BIBLIOGRAPHIE
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CONCLUSION
75
INTRODUCTION
La prévalence des pathologies allergiques et des pollinoses en particulier n’a cessé
d’augmenter au cours des dernières décennies dans les pays industrialisés. Les études
épidémiologiques récentes soulignent l'augmentation rapide du nombre d'habitants
sujets à ces maladies allergiques qui causent non seulement une souffrance et un
handicap pour les personnes sensibilisées mais encore un préjudice financier élevé pour
les collectivités.
En France, le suivi du contenu sporopollinique de l'air est aujourd'hui assuré par le
Réseau National de Surveillance Aérobiologique qui diffuse chaque semaine un bulletin
allergo-pollinique national. Les informations communiquées permettent de suivre le
déroulement de la pollinisation et de mettre en relation, a posteriori, des concentrations
polliniques avec des symptômes allergiques.
De nombreuses méthodes sont aujourd'hui utilisées en Aérobiologie pour le suivi
du contenu sporopollinique de l'air. En Europe, la méthode Hirst (1952) est
couramment utilisée par les différents réseaux aérobiologiques. Le RNSA a opté pour
cette méthode mais d'autres méthodes, comme celle mise au point par Pierre Cour
(1974), sont régulièrement utilisées en France métropolitaine et dans les DOM-TOM
comme pour le suivi des ambroisies dans la vallée du Rhône (Réseau SARA :
Surveillance Ambroisie Rhône-Alpes) ou l'établissement de calendriers polliniques. En
Amérique du Nord, le Rotorod et la méthode Hirst sont généralement utilisés pour les
mesures aérobiologiques.
Les problèmes d’allergie liés à la qualité de l’air, et notamment à la présence de
pollen, constituent une préoccupation croissante en matière de santé publique. Dans les
orientations de son Plan Régional pour la Qualité de l’Air, la Région LanguedocRoussillon1 préconisait la mise en œuvre "d'une étude globale sur les pollens, visant à
définir la représentativité des capteurs et ce que devrait être une structure régionale de
surveillance".
1
Plan Régional pour la Qualité de l'Air approuvé par arrêté préfectoral n°991070 du 16 novembre 1999
4
Pour définir les bases de son futur réseau Régional de suivi du contenu
sporopollinique de l'air, la Direction Régionale des Affaires Sanitaires et Sociales du
Languedoc-Roussillon a demandé à l'Unité de Palynologie de l'Ecole Nationale
Supérieure Agronomique de Montpellier de réaliser une étude intitulée : "Métrologie
des pollens dans l'air : étude intercomparative sur la région LanguedocRoussillon".
Cette étude a un double objectif.
Objectif 1
Comparer 2 méthodes de mesure du contenu pollinique de l'air : la méthode Hirst
et la méthode Cour. En étudiant en particulier :
• la répétabilité (mesure de la variance) de chaque méthode ;
• les écarts entre les résultats des 2 méthodes ;
• les avantages et les inconvénients de chaque méthode ;
Objectif 2
Améliorer les connaissances sur les variations intra-régionales du contenu
pollinique de l’atmosphère en Languedoc-Roussillon pour :
• évaluer les différences dans le contenu pollinique de l'atmosphère aux
alentours de Nîmes, Montpellier et Perpignan ;
• fournir des bases scientifiques en vue de définir l’architecture du futur
réseau régional de mesures polliniques.
5
1 - PRINCIPES D'AEROBIOLOGIE
1.1 – LE POLLEN
Le pollen est le gamétophyte mâle des plantes à graines, c'est-à-dire la structure
qui produit et contient les deux gamètes mâles. Si le terme de pollinisation signifie
(sensu lato) le transport des grains de pollen sur le stigmate, dans la pratique courante
on lui a donné un sens plus large qui va de la déhiscence des anthères à la fécondation.
Pollen de pin
Pollen de tournesol
La morphologie du grain de pollen est caractéristique de chaque espèce.
L'identification repose sur la taille, la forme des grains, le nombre et la forme des
apertures et l'architecture extrêmement variée de sa membrane externe (exine). La taille
du grain de pollen varie de 5 µm (Myosotis) à 250 µm (conifères), la taille moyenne
d'un grain de pollen est de 25 à 35 µm.
La membrane externe des grains de pollen est composée de sporopollénine, dont
la grande stabilité chimique autorise la conservation des grains dans divers milieux
pendant de nombreux millénaires.
La production pollinique varie d’une espèce à l’autre. Alors que les espèces
anémophiles, qui utilisent le vent pour assurer leur dissémination pollinique, produisent
généralement un nombre important de grains de pollen, les espèces entomophiles, qui
utilisent les insectes comme vecteur du pollen, produisent moins de grains. Les
différences constatées peuvent être reliées au caractère plus ou moins aléatoire du mode
de pollinisation. Pour augmenter leur chance de se reproduire, les espèces anémophiles
vont donc produire un nombre considérable de grains de pollen : on a pu évaluer qu’un
épillet de seigle pouvait libérer en un jour 50 000 grains de pollen et un chaton de
noisetier 4 millions. Les espèces anémophiles produiront par ailleurs des grains de
pollen plus petits et généralement lisses contrairement aux espèces entomophiles qui
auront des grains de pollen plus gros et collants. Ces généralités doivent toutefois être
utilisée avec précaution compte tenu du nombre important de contre-exemples qui
abondent dans la nature.
6
Les grains de pollen impliqués dans l'induction et le déclenchement de maladies
allergiques seront généralement originaires de plantes anémophiles en raison de leur
nombre et de la probabilité de les inhaler en abondance.
L’allerginicité d’une espèce dépendra de multiples facteurs comme de la quantité
de grains libérés dans l’atmosphère et de la présence en plus ou moins grand nombre de
molécules allergisantes.
Pollen d’olivier
1.2 – LES METHODES DE MESURE EN AEROBIOLOGIE
De nombreuses méthodes ont été développées pour réaliser des mesures du
contenu sporopollinique de l'air. Dans ces méthodes, on peut schématiquement
différencier celles basées :
•
sur le principe de la sédimentation. Selon le support (lame, boite de
pétri,…) différentes méthodes ont été décrites. Les plus connues sont celles de Durham
(1946) et de Tauber (1974).
Pollen de plantain
•
sur le principe de l'aspiration. La méthode la plus répandue est celle de
Hirst (1952) avec les appareils Burkard et Lanzoni.
•
sur le principe de la filtration, avec la méthode de Cour (1974) et son
intercepteur pollinique.
•
sur la force d'impact crée par un mouvement d'air (Rotorod de Perkins,
Rotorod sampler de Ogden & Raynor, 1967).
•
sur le principe de la reconnaissance des allergènes de l'air à l'aide de
marqueurs.
Pollen de noisetier
7
1.3 - LES ETAPES DE L'AEROBIOLOGIE EN FRANCE
En l'absence de publications scientifiques référencées, il est difficile de retracer
avec précision l'historique de l'aérobiologie en France.
La grande majorité des travaux ont été réalisés durant la seconde moitié du 20ème
siècle. Toutefois, dès 1945, certains palynologues français comme Madeleine Van
Campo ont publié des notes sur des analyses polliniques atmosphériques (Van Campo,
1945). Ces premiers travaux restent cependant imprécis et cantonnés à des observations
ponctuelles (le bois de Boulogne).
Capteur Durham
Capteur Hirst
Les premiers enregistrements systématiques datent très probablement de 1955
avec la station de Marseille, mais les mesures restent encore fragmentaires. Ce n'est
qu'à partir de 1961, avec les stations de Paris (sur le toit de l'hôpital Rothschild puis à
partir de 1962 sur une des terrasses de l'Institut Pasteur), de Marseille (sur le toitterrasse de la nouvelle Faculté de Médecine) et de Briançon (sur le toit de l'hôpital civil)
que les enregistrements sont réalisés quotidiennement et sur plusieurs années (Charpin
et al., 1966). Les résultats obtenus par la méthode gravimétrique de Durham permettent
alors d'établir les premiers calendriers polliniques de ces villes. Mais ces résultats
restent toutefois représentatifs d'une zone restreinte (méthode extrêmement limitée dans
l'espace) et ne fournissent pas d'informations volumétriques (seule la sédimentation
pollinique est mesurée avec cette méthode). A la fin des années 60 et au début des
années 70 de nouveaux calendriers seront publiés (Lorient, Perpignan, le Mont
Dore,…) et la méthode volumétrique de Hirst se généralisera aux dépens de la méthode
gravimétrique.
Dès la fin des années 1970, un groupe international de recherches
aéropalynologiques appliquées est constitué. Un réseau de 13 stations de prélèvement,
distribuées depuis le cercle polaire (Station d'Abisko) jusqu'à Oran (Algérie), voit le
jour. Ce groupe de recherche est le fruit d'une collaboration entre des laboratoires de
Palynologie (Montpellier, Stockholm,…), la Clinique des Maladies Respiratoires du
CHU de Montpellier et des laboratoires pharmaceutiques (Stallergènes, Fison). La
méthode retenue dans le cadre de ce réseau est celle mise au point par Cour à la fin des
années 1960 (Cour, 1974). Ce réseau va fonctionner durant trois ans et fournira la
8
première image pollinique de plus de 120 taxa à une échelle continentale (Michel et al.,
1979 ; Guérin, 1993).
En 1984, le service des Allergènes de l'Institut Pasteur, qui commercialise des
allergènes, décide de mettre en place un réseau "Pollens" destiné à l'information des
allergologues. Avec le désengagement de l'Institut Pasteur dans le domaine des
allergènes, ce réseau va se restructurer pour évoluer en Réseau National se Surveillance
Aérobiologique en mars 1996 (Association loi 1901). La méthode qui sera retenue dans
le cadre de ce réseau est la méthode Hirst.
Localisation des capteurs du RNSA
En 2002, le RNSA est constitué de 49 stations réparties sur l'ensemble du territoire
métropolitain.
Les stations à vocation allergologique qui utilisent la méthode Cour sont au
nombre de 13 en 2002. Elles sont localisées dans la vallée du Rhône (5 stations) ; sur le
pourtour méditerranéen (3 stations) et en outre-mer (5 stations). Les stations de
Montpellier et Lyon, qui fonctionnent avec la méthode Cour, constituent les 2 plus
longues séries polliniques continues françaises (respectivement en fonctionnement sur
le même site depuis 1977 et 1982).
Intercepteur pollinique de type Cour
9
2 - ETUDE METROLOGIQUE
La métrologie, ou science de la mesure, est l'ensemble des techniques et des
savoir-faire qui permettent d'effectuer des mesures et d'avoir une confiance suffisante
dans leurs résultats. La mesure est nécessaire à toute connaissance, à toute prise de
décision et à toute action. Mesurer est indispensable pour la recherche ; toute recherche
vise à modéliser les phénomènes, et doit quantifier des grandeurs dans des unités
connues et définies.
Capteur Burkard et Cour avec anémomètre
Les objectifs de l’étude métrologique développée dans le cadre de ce chapitre
consistent à :
•
décrire les protocoles des méthodes Hirst et Cour ;
•
estimer la précision de deux méthodes de mesure du contenu pollinique de
l’atmosphère, la méthode Hirst et la méthode Cour ;
•
évaluer les éventuels écarts existant entre les résultats obtenus à partir de
ces deux méthodes ;
•
mettre en regard les avantages et les inconvénients de ces méthodes.
2.1 - PRESENTATION DES METHODES HIRST ET COUR
2.1.1 – La méthode Hirst
Microscope photonique
La méthode Hirst, du nom de son inventeur, a été décrite en 1952 dans les
« Annals of Appplied Biology ». Le principe de cette méthode est basé sur l'aspiration
d'un volume d'air connu avec projection des particules (grains de pollen et spores) sur
une surface piège.
10
Plaque prot ectrice
L'appareil de Hirst est une pompe électrique monté sur
une girouette qui prélève par une buse de 14mm x 2mm un
volume d'air constant (10 litres d’air / minute).
Les particules ainsi aspirées sont piégées sur une lame de
microscope enduite de vaseline qui défile verticalement à
raison de 2mm / heure.
ECHANTILLONNAGE DES
EMISSIONS POLLINIQUES
Tambour
avec horloge
Orifice
de captage
Alime ntation
électrique
MONTAGE DE LA BANDE
ADHÉSIVE PIÉG EANT LES
GRAINS
1° jour 2° jo ur
et c...
1 heu re ( 2mm)
ANALYSE QUALITATIVE ET
QUANTITATIVE
Nomb re de grains de pollen
par mètre cu be d'air
1 ° jour
Méthode Hirst
Dans la version moderne de l'appareil de Hirst (Capteur
Burkard ou Lanzoni selon le fabriquant) la lame a été
remplacée par une pièce cylindrique, appelé tambour, qui
permet de réaliser un prélèvement durant une période de 7
jours. Les grains de pollen aspirés par le capteur, toujours au
rythme de 10 litres d’air / minute, sont projetés sur une
bande de cellophane rendue adhésive. Cette bande, de 19
mm de largeur, est fixée sur le tambour qui défile devant la
buse d’aspiration du capteur grâce à un mécanisme
d’horlogerie à une vitesse de 2 mm / h. La buse d'aspiration,
de 28 mm2 de surface utile (2 x 14 mm)2, est orientée face
aux vents dominants à l'aide d'un empenage.
Après une semaine de fonctionnement, la bande est
découpée en 7 segments qui correspondent à chaque jour de
la semaine. Chaque segment est placé dans un milieu de
montage3 solide entre lame et lamelle et analysé directement
au microscope photonique (sans aucun traitement).
Buse d’aspiration
2
3
Tambour
Dans le cas du Burkard, des buses plus petites peuvent être utilisées.
Le milieu de montage est composé de gélatine, glycérine et eau distillée
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Echantillon monté entre lame et lamelle
En France, le milieu d'enduction, qui permet l'adhérence des
grains de pollen (et des spores) sur la bande de cellophane, est
composé de silicone et de tétrachlorure de carbone (C Cl4). En
raison de la cancérogénéité du tétrachlorure de carbone, mais
aussi du manque d'adhésion de ce milieu dans certaines conditions
thermiques (ou de durée d'exposition), plusieurs études ont été
réalisées pour remplacer ce dernier (Comtois & Mandrioli, 1997 ;
Galan & Dominguez, 1997 ; Razmovski et al., 1998 ; Alcazar &
Comtois, 1999 ; Alcazar et al., 2003). Des bandes pré-enduites de
silicone sont aujourd’hui commercialisées par Lanzoni et le
RNSA.
Deux capteurs issus de la méthode Hirst sont aujourd’hui employés, les
capteurs Burkard et Lanzoni.
Capteur Lanzoni
Capteur Burkard
12
2.1.1.2 –Analyse des prélèvements
Les analyses consistent à identifier et comptabiliser les grains de pollen (et / ou les spores) captés durant
l'exposition du tambour. Pour les différents taxa4 identifiés, les résultats sont exprimés en nombre de grains de pollen (et
/ ou de spores) contenus en moyenne par m3 d’air.
Selon l'étude et le laboratoire, les analyses microscopiques, qui ne portent que sur une partie seulement de la lame,
sont réalisées par lecture verticale ou horizontale de la lame.
Mode de lecture
Lecture verticale
lame
bande
adhésive
Lecture horizontale
Pour obtenir un résultat horaire et journalier, les analyses
sont réalisées par lecture verticale de la bande tous les 2 ou 4 mm
selon que l'on souhaite un résultat horaire ou bi-horaire.
Pour aller plus vite, ou pour avoir une meilleure
représentation pollinique, on pratique aussi régulièrement
l'analyse horizontale de 2 ou 4 lignes (analyse en continu). Les
résultats obtenus seront alors uniquement journaliers. Mais le
changement de tambours devra toujours être réalisé à la même
heure pour permettre un suivi quotidien des émissions sporopolliniques. Pour remédier à cette perte d'information (perte des
données horaires), le RNSA développe actuellement le "système
Microvision" qui permet, à l'aide d'une platine couplée à un
logiciel d'acquisition de données, d'établir une courbe journalière
de pollinisation.
Il est également possible d’obtenir des résultats bi-horaires
avec une lecture longitudinale en utilisant par exemple une lame
graduée ou un plastique transparent gradué posé sous la lame.
4
Les caractères morpho-polliniques permettent de faire des déterminations plus ou moins précises selon la famille. Pour prendre en compte ces différents niveaux systématiques
on utilise le terme de taxon (taxa au pluriel)
13
L’estimation du nombre de grains de pollen / m3 d’air est obtenu en multipliant le nombre de grains de pollen
effectivement comptés par un facteur de conversion. Ce facteur tient compte du volume d'air aspiré et de la surface
effectivement analysée.
2.1.1.3.1. Analyse journalière
Dans le cas d'une analyse journalière, ce facteur correspond à la surface totale d'un segment de bande (ST = 48 mm
x 14 mm(5)) divisé par le volume d'air capté durant une journée (V = 14,4 m3) multiplié par la surface analysée (SA). La
surface analysée correspond au nombre de lignes analysées multiplié par la surface d'une ligne (largeur x longueur). La
largeur d'une ligne dépend de l'objectif et des oculaires utilisés. La longueur d'une ligne varie selon que la lecture est
horizontale (48 mm) ou verticale (14 mm).
Le calcul du nombre de grains de pollen contenus en moyenne par m3 d'air (Q4) est donné par la formule :
Q4 = n x ( ST
V x SA
)
avec n = nombre de grains de pollen effectivement comptés
Avec un microscope standard (objectif x40 et oculaires x10) et une analyse sur 12 lignes verticales, le coefficient
de conversion est de 0,63. Ainsi, 1 grain de pollen effectivement compté donnera une concentration de 0,63 grains / m3
d’air. Dans ce cas, le pourcentage d'observation (rapport entre ce qui est observé et ce qui est capté) sera de 11% et
l'observation portera, chaque jour, sur un échantillon de 1,58 m3 (11% de 14,4 m3).
2.1.1.3.2. Analyse hebdomadaire
Lors d’une analyse hebdomadaire, la formule utilisée pour le calcul du nombre de grains de pollen / m3 d’air est
identique à celle employée pour une analyse journalière. Seuls le volume d’air et les surfaces totales et observées
changent (multipliés par 7).
5
Cette largeur correspond à celle de la buse d'aspiration et non à la largeur d'un segment de bande (19 mm).
14
Les données hebdomadaires peuvent être exprimées pour 7 m3 d’air en sommant 7 données journalières, ou par m3
d’air en réalisant une moyenne des 7 données journalières.
Dans de nombreuses publications les données hebdomadaires Hirst correspondent à un cumul des données
journalières. Il est nécessaire de réajuster ces résultats pour les comparer à des données moyennes hebdomadaires
provenant d’autres méthodes telle la méthode Cour.
2.1.2 – La méthode Cour
Du nom de son concepteur Pierre Cour, la méthode Cour (1974) recueille les grains de pollen naturellement, sans
les aspirer, à l'aide d'une girouette porte-filtre exposée à tous les vents (Intercepteur Pollinique de type COUR).
L’intercepteur pollinique est constitué d’une potence (en
rotation sur un axe) avec deux cadres porte-filtre verticaux placés
à l’avant et un empennage (à l’arrière) qui permet d’orienter
l’intercepteur face au vent. Sur les cadres, 2 toits inclinés
protègent les prélèvements des intempéries. Les flux polliniques
sont interceptés par des Unités filtrantes verticales de gaze
hydrophile de 20 cm de côté (soit une surface de captage de
40.000 mm2) que l'on glisse dans les cadres porte-filtre.
Intercepteur pollinique de type Cour
et anémomètre totalisateur
Les filtres sont composés de 6 épaisseurs de gaze hydrophile
enduites d'huile de silicone et sertis dans un cadre en plastique. Ils
sont fabriqués et hermétiquement ensachés dans une atmosphère
filtrée à 2µm. Un anémomètre totalisateur placé à proximité de
l'intercepteur permet d'évaluer la quantité de vent passé à travers
les filtres et ainsi d'estimer les résultats en nombre de grains
contenus en moyenne par m3 d'air.
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EMISSIONS POLLINIQUES
ATMOSPHERIQUES - ECHANTILLONNAGE
(A)
TRAITEMENTS CHIMIQUES
DU SUPPORT FILTRANT
(B)
(B1)
(A2)
Influence des
facteurs climatiques
Variation des
émissions pollini ques
(A1)
H2SO4
HF
(B2)
HCL
KOH
ANALYSES QUANTITATIVE
ET QUALITATIVE
DES POLLENS LIBERES
(C)
2.1.2.2 – Traitement des prélèvements
Après exposition, les filtres sont ensachés, répertoriés
et expédiés en vu de leur traitement chimique. Le traitement
des filtres, destiné à détruire le support filtrant ainsi que
toutes les autres particules piégées en même temps que les
grains de pollen et les spores, est effectué dans une salle
sous atmosphère filtrée afin d’éviter toute contamination
pollinique locale.
(C1)
Variation des températures
(C2)
(C4)
Nombre de grains de pollen
par mètre cube d'air
(C3)
Les étapes du traitement correspondent à une
succession d'attaques à l'acide (H2SO4, FH, HCL) séparées
à chaque fois par une centrifugation et un rinçage. Une
acétolyse (Erdtman, 1960) permet enfin de vider les grains
de pollen de leur contenu cytoplasmique.
Méthode Cour
2.1.2.3 – Analyse des prélèvements
A l'issue du traitement, une quantité connue d'eau glycérinée et rajouté au culot résiduel. Le nouveau culot et alors
homogénéisé et mesuré à l'aide d'une micropipette. Par différence, il est possible d'évaluer la taille du culot résiduel et
une dilution précise de celui-ci est réalisée en rajoutant, au culot homogénéisé, une quantité d'eau glycérinée.
Echantillon monté entre lame et lamelle
6
Une fraction elle-même rigoureusement connue de cette
préparation6 est montée entre lame et lamelle en prenant soin de
constituer un micro-bassin pour permettre aux grains de pollen de
tourner sous l'effet d'une légère pression. Le micro-bassin est
obtenu en réalisant, entre la lame et la lamelle, une cale
longitudinale à l'aide d'une laque incolore pour la conservation
des préparations microscopiques (type hystomount).
Le volume de préparation monté entre lame et lamelle est fonction de la taille de la lamelle. Dans le cas d'une lamelle de 22 x 50 mm, le volume est généralement de 50 µl.
16
L'analyse sporo-pollinique consiste à déterminer et comptabiliser les grains de pollen et les spores7 piégés durant
l'exposition des filtres. Elle ne porte que sur une fraction de la préparation microscopique. Selon l'étude, le nombre de
lignes analysées est plus ou moins important. Il varie, en règle générale entre 5 et 10 selon la taille du culot et le degré
de précision que l'on souhaite obtenir. Dans le cas d'une analyse de grains de pollen allergisants, les analyses sont
réalisées avec un objectif x63 et portent généralement sur 5 lignes8 horizontales réparties sur toute la largeur de la
lamelle.
L’estimation du nombre de grains de pollen contenu en moyenne par m3 d’air pour une période d’exposition
considérée tient compte :
• de la quantité de vent réellement passée à travers le filtre durant son exposition (VP). Compte tenu de son
rendement, seul 20% du vent passe à travers le filtre (rendement moyen qui varie entre 17 et 24% selon la
vitesse du vent). Il convient donc pour le calcul de la concentration pollinique de prendre 1/5 du vent seulement
(Cour, 1974) ;
• de la superficie de filtre mise en traitement (S). En règle générale seule la moitié du filtre est mise en traitement
(soit 200 cm2). L'autre moitié est conservée pour réaliser un contrôle ou faire des analyses complémentaires
(mesures des métaux lourds, des minéraux,…) ;
• du volume de culot monté entre lame et lamelle (v) par rapport au volume total de culot obtenu après dilution
(V0) ;
• de la largeur effectivement analysée (l) par rapport à la largeur utile de la lamelle (L). La largeur analysée est
fonction du nombre de ligne et du champ microscopique (objectif x oculaire).
Le calcul du nombre de grains de pollen contenus en moyenne par m3 d'air (Q4) est donné par la formule :
Q4 = n x (
V0
v
x
L
VP
) /( 5
l
xS
)
avec n = nombre de grains de pollen effectivement comptés
7
8
Certaines spores sont détruites ou perdues lors des traitements chimiques.
Dans le cas d'une étude agronomique qui nécessite des résultats d'une grande précision, les analyses sont réalisées sur 10 lignes.
17
D'un enregistrement à l'autre, les paramètres d'analyse varient. En situation moyenne, avec une quantité de vent
hebdomadaire de 1000 km, un culot de 400 µl et une analyse sur 5 lignes, il faut compter 25 grains de pollen pour avoir
une concentration de 1 grain par m3 d'air. Compte tenu du volume d'air échantillonné et du nombre important de grains
de pollen comptés, les résultats peuvent être exprimés en grains de pollen contenus en moyenne par 1000 m3. Pour avoir,
d'un enregistrement à l'autre, des résultats statistiquement comparables, les analyses seront réalisées en tenant compte du
pourcentage d'observation (PO). Celui-ci est donné par la formule :
PO = ( v x l ) x 100
V0
L
Pour avoir une analyse représentative, Pierre Cour préconise un pourcentage d'observation minimum de 0,2%.
Dans l'exemple présenté précédemment, le pourcentage d'observation est de 0,63%. Si on tient compte du rendement du
filtre (20%) et de la surface de filtre mise en traitement (200 cm2), l'observation porte sur un échantillon de 4000 m3 et
l'analyse microscopique (fraction statistiquement représentative de l'échantillon réellement analysée) porte sur 25,2 m3.
Dans le cas où le pourcentage d'observation serait inférieur à 0,2% à l'issue des 5 lignes analysées (cas de culots
importants), il convient d'augmenter le nombre de ligne jusqu'au pourcentage requis. Dans certains cas exceptionnels,
l'analyse d'une 2ème lame s'impose pour atteindre le pourcentage d'observation de 0,2%.
La durée d'exposition des filtres sera fonction de l'étude à réaliser. A partir de 15 jours d'exposition les filtres
peuvent se colmater dans les régions arides caractérisées par une atmosphère chargée en particules minérales. Il est donc
préférable de ne pas dépasser cette durée d'exposition pour éviter que le rendement du filtre ne diminue. Dans le cadre
d'étude sur le rythme circadien des émissions polliniques (Malaboeuf, 1996) une exposition bi-horaire est préconisée.
Celle-ci devra toutefois rester ponctuelle en raison du temps et des coûts mis en œuvre lorsque l'on travaille à cette
résolution. La présence de 2 cadres porte-filtre sur l'intercepteur pollinique permet de réaliser une mesure des émissions
pollinique à "2 vitesses". Selon le stade phénologique et / ou le degré de précision souhaité, il est en effet possible de
réaliser un enregistrement hebdomadaire sur le cadre gauche de l'intercepteur et un enregistrement quotidien sur le cadre
droit.
18
2.1.2.5 – Mesure de la sédimentation pollinique
La méthode Cour peut être également utilisée pour la mesure
de la sédimentation pollinique. Dans ce cas, Pierre Cour propose
l'utilisation d'un récepteur pollinique. Comparable au pluviomètre
de la météorologie, ce récepteur permet une mesure des
retombées polliniques à l'aide d'une Unité filtrante horizontale.
Les modalités d'exposition, de traitement et d'analyse sont
comparables à celles développées dans le cadre de l'intercepteur
pollinique à la seule différence que les résultats sont exprimés en
nombre de grains de pollen sédimentés par unité de surface.
Récepteur pollinique de type Cour
2.2 - ETUDE METROLOGIQUE DES METHODES HIRST ET COUR
En aéropalynologie, le paramètre que l’on cherche à estimer est le contenu pollinique de l’air en un lieu et un
temps donnés. Pour obtenir cette estimation, il est nécessaire, outre l’utilisation d’un capteur à pollen, de faire appel à
l’ensemble d’une chaîne d’opérations (le piégeage et la fixation des grains de pollen au niveau du capteur ; le montage
des grains de pollen entre lame et lamelle ; l’identification visuelle des grains qui peut être variable suivant les pollenanalystes,…) qui sont potentiellement entachées d’erreurs et qui induisent, en se cumulant, une différence entre la valeur
réelle de la concentration pollinique et son estimation.
Caractériser la mesure pollinique ne signifie donc pas caractériser la précision du capteur lui-même mais celle
de la méthode de mesure dans sa globalité.
19
L’étude d’une méthode de mesure consiste classiquement à
analyser son exactitude. L’exactitude d’une méthode est son
aptitude globale à donner une estimation proche de la valeur
réelle. Elle intègre l’erreur (ou justesse, biais) et l’incertitude (ou
répétabilité, fidélité) de la mesure.
L’erreur est la différence entre la valeur
annoncée et la valeur vraie.
L’incertitude, suivant la définition 1993
du VIM (vocabulaire international des termes
fondamentaux et généraux de métrologie)
quantifie la valeur aléatoire des valeurs
attribuées au mesurande.
Lorsqu’on répète une mesure, le résultat
n’est pas strictement identique. Cette
dispersion des résultats est quantifiée par
l’incertitude (Perruchet & Priel, 1995).
L’expression de l’incertitude de mesure a fait
l’objet d’une norme française et européenne,
NF ENV 13005 parue en août 1999, le
document de référence étant appelé GUM
(guide pour l’expression de l’incertitude de
mesure).
Mathématiquement, les concepts et les outils mis en œuvre relèvent de la statistique. Les caractéristiques étudiées
sont traitées comme des variables aléatoires :
• estimation de moyenne pour les indicateurs de position et de biais ;
• estimation d’écart-type pour les indicateurs de dispersion.
Pour pouvoir estimer le biais et ensuite corriger les mesures effectuées, il est nécessaire de connaître le paramètre
que l’on mesure. En aéropalynologie, ce paramètre est la concentration réelle en pollen dans l’air. Celle-ci n’est pas
connue en conditions naturelles car elle varie dans le temps et dans l’espace.
Pour pouvoir évaluer la justesse des méthodes, il conviendrait d’effectuer des répétitions successives en travaillant
en conditions contrôlées avec une concentration pollinique constante dans le temps. Ce dispositif expérimental n’ayant
pas pu être mis en place dans le cadre de cette étude, il n’a pas été possible d’apprécier la justesse de la méthode de
mesure. Seule a pu être estimée l’incertitude ou répétabilité.
20
2.2.1 - Répétabilité de la méthode Hirst et de la méthode Cour
Cour 1
Cour 2
Lanzoni 1
Lanzoni 2
Deux capteurs Lanzoni (Lanzoni 1, Lanzoni 2 ; méthode Hirst) et deux
intercepteurs Cour (Cour 1, Cour 2 ; méthode Cour) ont été implantés dans
les mêmes conditions expérimentales sur le toit du bâtiment d’arboriculture
de l’Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Montpellier à 20 mètres de
hauteur. L’exposition a duré 6 semaines, du 24 juin au 5 août 2002
(semaines 26 à 31).
Les analyses polliniques des deux capteurs Lanzoni ont été réalisées
par le même pollen-analyste de l’Université Autonome de Barcelone sous la
direction de Jordina Belmonte. Le microscope utilisé était équipé d’oculaires
présentant un grossissement x15 et d’un objectif x40.
20 m
Les analyses des capteurs Cour ont été faites par une seule personne à
l’Unité de Palynologie de l’ENSAM sous la direction de Michel Calleja. Le
microscope utilisé comportait des oculaires ayant un grossissement x10 et un
objectif x63. Les analyses ont été réalisées en respectant les
recommandations définies par le Réseau National de Surveillance
Aérobiologique en France et les articles méthodologiques publiés par P.
Cour9.
2.2.1.2 – Résultats - Discussion
Pour savoir si les méthodes Hirst et Cour sont individuellement répétables ou non, seules les données obtenues à
partir d’appareils appartenant à une même méthode seront comparées entre elles (comparaison Lanzoni 1 / Lanzoni
2 puis comparaison Cour 1 / Cour 2). La comparaison Lanzoni / Cour sera traitée dans le paragraphe relatif à la
comparaison des méthodes (paragraphe 2.2.2).
9
Pour plus d'informations se référer au chapitre description des méthodes
21
Pour chaque méthode, une analyse de la richesse taxonomique et des concentrations polliniques seront
successivement abordées.
En dépit de la diversité existant au niveau de la forme et des apertures des grains de pollen, la détermination
pollinique permet rarement une détermination au niveau de l’espèce. Les grains de pollen sont plus généralement
identifiés au niveau du genre ou de la famille. Lors d’une analyse pollinique complète, ce sont des niveaux
systématiques différents qui vont être mis en parallèle. On parle alors de taxa (taxon au singulier).
La richesse taxonomique (nombre de taxa identifiés), reflet de la diversité botanique régionale, a été comparée
pour chaque méthode (Lanzoni 1 / Lanzoni 2 ; Cour 1 / Cour 2) durant les 6 semaines d’exposition.
Le nombre de taxa identifiés à partir du Lanzoni 1 est peu différent de celui du Lanzoni 2. Il est compris entre 22 et
38 taxa selon la semaine avec une moyenne de 27 taxa et un écart-type de 0,07. La moyenne des écarts est seulement de
8%.
Les résultats obtenus avec le Lanzoni 2 sont très proches de ceux obtenus avec le Lanzoni 1 et soulignent une
bonne répétabilité de la méthode Hirst au niveau du nombre de taxa enregistrés chaque semaine.
80
Lanzoni 1 / Lanzoni 2
70
Nombre de taxa
60
50
38
40
32
30
34
29
28 27
25 25
25
27
23 22
20
10
22
0
26
27
28
29
Sem aines
30
31
Le nombre de taxa identifiés à partir des deux capteurs Cour est compris entre 37 et 74 taxa, selon la semaine, avec
une moyenne de 58 taxa et un écart-type de 0,06.
La moyenne des écarts (8%) indique que les richesses taxonomiques enregistrées avec le Cour 1 et le Cour 2 sont
très proches. Comme pour la méthode Hirst, les résultats obtenus avec les 2 intercepteurs traduisent une bonne
répétabilité de la méthode Cour au niveau de la richesse taxonomique enregistrée chaque semaine.
80
74 73
73
Cour 1 / Cour 2
68 69
70
64
64
62
60
Nombre de taxa
53
49
50
45
39
40
37
30
20
10
0
26
27
28
29
30
31
Sem aines
Deux séries de 2394 données journalières (57 taxa identifiés x 7 jours x 6 semaines d’étude), exprimées en nombre
de grains par m3 d’air et par jour, et deux séries de 342 données hebdomadaires (57 taxa identifiés x 6 semaines
d’étude), exprimées en nombre de grains par m3 d’air et par semaine, ont été obtenues à partir des enregistrements issus
des capteurs Lanzoni 1 et 2.
Deux séries de 666 observations (111 taxa x 6 semaines d’étude) ont été obtenues à partir des capteurs Cour 1 et
Cour 210.
10
dans le cas du capteur Cour, l'exposition des unités filtrantes a été hebdomadaire comme préconisé par P. Cour (cf 2.1.2.)
23
Une approche statistique a été utilisée dans un premier temps pour estimer individuellement la répétatibilité des
méthodes Hirst et Cour au niveau des concentrations polliniques. Pour prendre en compte différentes classes
d'abondance, une analyse des données a été, dans un deuxième temps, réalisée.
A - Approche statistique
A - 1 - Choix de la méthode
La synthèse bibliographique des travaux de comparaison de capteurs polliniques publiés au cours des vingt
dernières années montre que de nombreux auteurs s’appuient, pour établir leurs conclusions, sur de simples
comparaisons graphiques (comparaison des variations hebdomadaires des concentrations polliniques d’un nombre
restreint de types polliniques au cours du temps) (Durand & Comtois 1989 ; Mari Bhat et Rajasab 1989) et / ou sur le
calcul de coefficients de corrélation (généralement coefficients de Pearson, Spearman et Kendall) (Larsson & al. 1983 ;
Tomas & al. 1997 ; Belmonte et al., 1988 ; Belmonte et al., 2000). Ces méthodes classiques, décrites dans tous les
ouvrages de biostatistiques tel celui rédigé par Sokal and Rohlf (1987), sont sensibles à de nombreux pièges.
Traditionnellement employée, la représentation graphique avec une échelle arithmétique des résultats polliniques
permet une visualisation rapide de l’évolution des concentrations polliniques des taxa au cours du temps. Cependant,
elle présente deux inconvénients majeurs :
• elle n’autorise pas la comparaison d’un nombre important de taxa ;
• lorsque les concentrations varient fortement, ce qui est fréquemment le cas en aérobiologie, l’échelle
linéaire n’est pas adaptée à la représentation des petites quantités. La comparaison des données devient donc
délicate.
Les coefficients de corrélation permettent de donner une mesure synthétique de l’intensité de la relation entre deux
séries de données et de son sens lorsque cette relation est monotone. Le coefficient de corrélation classiquement utilisé
est le coefficient de Bravais-Pearson. Il permet de détecter la présence ou l’absence d’une relation linéaire entre deux
caractères quantitatifs continus et son calcul s’appuie sur celui de la covariance. Les coefficients de Spearman et
Kendall, ou corrélations de rang, sont des coefficients non-paramétriques qui examinent s’il existe une relation entre les
rangs des séries de données.
L’utilisation de ces coefficients est soumise au respect d’un certain nombre de règles. Si elles ne sont pas
respectées, cela entraîne l’apparition de biais pouvant fausser les conclusions de l’étude. Ainsi, l’utilisation du
coefficient de Bravais-Pearson suppose que les variables étudiées présentent une distribution de type gaussien (loi
24
normale) et ne comportent pas de valeurs exceptionnelles. Or les valeurs exceptionnelles sont fréquentes dans les
données polliniques (pic pollinique lors du maximum de la pollinisation). De plus, les coefficients non-paramétriques ne
supposent pas la normalité mais sont sensibles s’il y beaucoup d’ex-aequo ou de valeurs nulles dans les données, ce qui
est également le cas des données polliniques.
Face à ces limitations d’utilisation, qui sont généralement passées sous silence dans les publications, nous avons
jugé préférable d’employer des méthodes plus robustes et adaptées aux données polliniques.
Deux procédures statistiques, composées chacune de deux tests complémentaires, ont été choisies.
Si les observations proviennent d’une
population distribuée selon une loi
normale :
Réalisation d’une analyse de la
variance (ANOVA) et d’un test de
Student avec données pairées seront
réalisés
Si la population n'est pas distribuée
selon une loi normale :
Réalisation d’un test NPAR1WAY (Non
Parametric One-Way ANOVA
procedure) qui correspond à une analyse
non paramétrique de la variance à un
facteur, et d’un test non paramétrique
de Wilcoxon avec données pairées seront
appliqués.
L’analyse de la variance est une technique qui consiste à analyser la part de variation due à un ou plusieurs
facteurs au sein de la variation totale. Ainsi, on sait si le ou les facteurs ont une influence significative sur la variable
étudiée. L'analyse de la variance permet de vérifier si les effets définis comme influents pour la réponse étudiée sont
réellement associés au facteur étudié ou s'ils ne sont que les résultats de la variabilité naturelle du phénomène étudié.
Elle permet donc une validation statistique des effets.
Une analyse de la variance est toujours associée à un modèle. Quelque soit le modèle utilisé, il doit respecter un
certain nombre d’hypothèses dont la normalité des résidus.
Dans le cas où la distribution des résidus ne suit pas une loi normale, il est nécessaire de faire appel à une analyse
non paramétrique. La procédure non-paramétrique la plus proche de l’analyse de la variance classique est la procédure
25
NPAR1WAY ou analyse de la variance non-paramétrique à un facteur. Cette procédure réalise une analyse de la
variance basée sur des rangs.
Le test de Student avec observations pairées sert à comparer les moyennes de deux populations : chaque élément
de l’une des populations est mis en relation avec un élément de l’autre. Mais ce test n’a de validité que si les
observations proviennent d’une population distribuée selon une loi normale. Dans le cas où la normalité ne serait pas
vérifiée, c’est le test non paramétrique de Wilcoxon avec données pairées qui doit être utilisé pour effectuer cette
comparaison.
Analyse de la variance – Test de normalité des résidus
Analyse de la var iance - Test de nor malitˇ des r ˇsidus
Données journalières Lanzoni1 / Lanzoni2
Donnˇe s journali¸ res Lanzoni 1 / Lan zon i 2
Class
capteur
Levels
2
Number of observations
Les logiciels utilisés pour cette analyse statistique sont les
logiciels SAS (Statistical Analysis System) et R (Ihaka et
Gentleman, 1996).
Values
A B
4788
Tests for Normality
--Statistic-------p Value------
Test
Kolmogorov-Smirnov
Cramer-von Mises
Anderson-Darling
D
0.42104
W-Sq 3 33.3926
A-Sq 1 560.564
Pr > D
Pr > W -Sq
Pr > A -Sq
A - 2 - Application
<0.0100
<0.0050
<0.0050
The UNIVARIATE Procedure
Variable: r esid
Normal Probability Plot
3700+
*
|
*
|
*
|
*
|
*
|
*
|
*
|
|
|
*
|
*
|
*
|
*
|
**
|
**
|
***
|
**++ ++
|
++++ +++** **
|
++++ +++++ + ******
-100+ **** ***** ***** ***** ***** ***** ***** ****
+--- -+--- -+--- -+--- -+--- -+--- -+--- -+--- -+--- -+--- -+
-2
-1
0
+1
+2
A – 2 – a – Méthode Hirst
Données journalières
Dans cette étude, le modèle mathématique sur lequel se base
l’analyse de la variance est simple car il ne comporte qu’un
facteur. On étudie l'influence d'un seul facteur, la méthode de
mesure, sur les mesures polliniques. Il peut donc s’écrire sous la
forme :
Concentrations polliniques = effet méthode + résidus
Nous avons vérifié si les résidus du modèle se distribuent
selon une loi normale. Les tests d’hypothèse de normalité, dont
Kolmogorov-Smirnov et Skapiro-Wilcoxon, et l’histogramme des
résidus nous ont conduit à rejeter l’hypothèse nulle au seuil de
signification classique de 5% ce qui signifie que la distribution
des résidus ne suit pas une loi normale.
26
L’analyse de la variance ne pouvant pas être utilisée, nous
avons fait appel à la procédure NPAR1WAY. Pour déterminer si
la méthode Hirst est répétable, un test d’hypothèse a été réalisé
avec l’hypothèse nulle "il n’y a pas d’effet méthode" ce qui
voudrait dire que les résultats obtenus à partir des deux capteurs
Lanzoni 1 – Lanzoni 2 sont identiques.
The NPAR1WAY Procedure
capteur
LANZONI 1
LANZONI 2
N
Mean
2394
2394
39.794407
40.574452
So urce
DF
Su m of S qu ar es
Mean S q uare
F V al ue
Pr > F
Amo ng
W it hin
1
5 2 90
8 0 5 ,00 6 8
2 194 4 32 3 8 ,9 9 02
8 0 5 ,00 6 8
4 1 48 2 ,653 8 7
0 .0 1 94
0 .8 8 92
Résultats du Test de Wilcoxon avec données journalières pairées
Données comparées
p-value
LANZONI 1 / LANZONI 2
0.4715
La probabilité calculée lors du test étant largement
supérieure à 5%, le test n’est pas significatif et l’hypothèse nulle
ne peut pas être rejetée. Dans ces conditions, les capteurs Lanzoni
1 et Lanzoni 2 donnent des résultats qui ne sont pas
significativement différents.
Un second test statistique a été appliqué à la série de
données, le test de Wilcoxon avec données journalières pairées.
La probabilité du test obtenue à partir des données Lanzoni est
égale à 0,4715.
La probabilité du test étant supérieur à 5%, le test avec
données pairées n'est pas significatif. Les enregistrements obtenus
à partir de deux capteurs Lanzoni fournissent donc des résultats
journaliers semblables.
Données hebdomadaires
La même démarche statistique a été suivie pour comparer les données hebdomadaires obtenues avec les deux
capteurs Lanzoni.
27
Comme précédemment, la distribution des résidus ne suit
pas une loi normale. La procédure NPAR1WAY a donc été
employée pour déterminer si la méthode Hirst est répétable avec
l’hypothèse nulle "il n’y a pas d’effet méthode" ce qui veux dire
que les résultats obtenus à partir des deux capteurs Lanzoni 1 –
Lanzoni 2 sont identiques.
Analyse de la variance – Test de normalité des résidus
Analyse de la var iance - Test de nor malitˇ des r ˇsidus
Données journalières Lanzoni1 / Lanzoni2
Donnˇe s hebdoma daire s Lanzo ni 1 / Lanzo ni 2
Class
Levels
capteur
2
Values
A B
684
Tests for Normality
--Statistic-------p V alue------
Test
Shapiro-Wilk
Kolmogorov-Smirnov
Cramer-von Mises
Anderson-Darling
W
0.169823
D
0.426315
W-Sq 43.60935
A-Sq 204.9378
Pr
Pr
Pr
Pr
<
>
>
>
supérieure à 5% (fig 2), le test n’est pas significatif et l’hypothèse
nulle ne peut pas être rejetée.
W
<0.0001
D
<0.0100
W-Sq < 0.0050
A-Sq < 0.0050
The UNIVARIATE Procedure
Variable: resid
données, le test de Wilcoxon avec données pairées. La probabilité
du test obtenue à partir des données Lanzoni est égale à 0,2817.
165000+
*
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
**
|
**
|
**
|
+**++++
|
++++++++***
|
++++++++++
******
-5000+***************************************
+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
-2
-1
0
+1
+2
Résultats du Test de Wilcoxon avec données hebdomadaires pairées
N
LANZONI 1
LANZONI 2
Mean
342
342
p-value
LANZONI 1 / LANZONI 2
0.2817
La probabilité du test étant supérieure à 5%, le test avec
données pairées n’est pas significatif. Cela signifie que les
résultats obtenus à partir de deux capteurs Lanzoni fournissent des
résultats qui ne sont pas significativement différents.
capteur
Données comparées
2034.50292
2048.53801
So urce
DF
Su m of S qu ar es
Mean S q uare
F V al ue
Pr > F
Amo ng
W it hin
1
682
3 3 68 4 .2 1
8 305 8 30 7 13 4. 50
3 3 68 4.2
1 2 17 8 63 74 .1
0 . 0 0 03
0 .9 8 67
28
Analysededelalavar
variance
– Test
résidus
Analyse
iance - Test
dede
nornormalité
malitˇ desdes
r ˇsidus
Données
Cour1
/ Cour2
Donnˇe
s Cour
1 / Cou
r2
Class
capteur
Levels
2
A – 2 – b – Méthode Cour
Values
A B
1332
Tests for Normality
--Statistic-------p V alue------
Test
Shapiro-Wilk
Kolmogorov-Smirnov
Cramer-von Mises
Anderson-Darling
W
D
W-Sq
A-Sq
0.116123
0.447323
9 4.99087
443.244
Pr
Pr
Pr
Pr
<
>
>
>
W
<0.0001
D
<0.0100
W-Sq < 0.0050
A-Sq < 0.0050
The UNIVARIATE P rocedure
Variable: r esid
370000+
*
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*
|
*
|
*
|
*
|
*
|
*
|
*
|
+**++
|
+++++++++***
|
+++++++++++
******
-10000+*****************************************
+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
-2
-1
0
+1
+2
capteur
N
COUR 1
COUR 2
Source
Among
Wit hin
DF
Sum of S qu ares
1
7 0 56 40 .4
13 30 5 2 56 8 65 1 72 83 .2
Le modèle mathématique sur lequel se base l’analyse de la
variance est le même que celui utilisé pour l’étude précédente
réalisée avec les données Hirst. Il ne comporte qu’un facteur
(l’effet méthode) et s’écrit :
Concentrations polliniques = effet méthode + résidus
Nous avons vérifié si les résidus du modèle se distribuent
selon une loi normale. Les tests d’hypothèse de normalité, dont
Kolmogorov-Smirnov et Skapiro-Wilcoxon, et l’histogramme des
résidus indiquent que la distribution des résidus ne suit pas une loi
normale.
L’analyse de la variance ne pouvant pas être utilisée, nous
avons fait appel à la procédure NPAR1WAY. Pour déterminer si
la méthode Cour est répétable, un test d’hypothèse a été réalisé
avec l’hypothèse nulle « il n’y a pas d’effet méthode » ce qui
voudrait dire que les résultats obtenus à partir des deux capteurs
COUR 1 – COUR 2 sont identiques.
supérieure à 5%, le test n’est pas significatif et l’hypothèse nulle
ne peut pas être rejetée.
Mean
666
666
Mean S quare
7 056 4 0 .4
3 9 52 530 2 0 .5
2709.82733
2755.86036
F V alue
0 .00 18
Pr > F
0 .9663
29
Résultats du Test de Wilcoxon avec données pairées
Données comparées
p-value
COUR 1 / COUR 2
0,187
données, le test de Wilcoxon avec données pairées. La probabilité
du test obtenue à partir des données Cour est égale à 0,187.
La probabilité du test étant supérieure à 5%, le test avec
données pairées n’est pas significatif. Les résultats obtenus à
partir de deux capteurs Cour fournissent donc des résultats qui ne
sont pas significativement différents.
A - 3 - Conclusion
L’approche statistique développée dans cette étude montre que :
• la méthode Hirst est globalement répétable, à la fois avec les données journalières et hebdomadaires . Il y
a concordance entre les résultats lors de la répétition des mesures et la variabilité des données ne s’explique
pas par le facteur méthode ;
• la méthode Cour est globalement répétable. Les résultats obtenus lors de la répétition des mesures sont
concordants. La variabilité des données ne s’explique pas par le facteur méthode.
Si on réalise une mesure avec 2 appareils (2 Hirst ou 2 Cour), en un même lieu et au même moment, les mesures
des concentrations polliniques (pour chaque appareil) sont globalement les mêmes.
B - Analyse des données
Une analyse de données classique a été couplée à l’approche statistique pour étudier plus en détail les résultats.
L’incertitude de la mesure a été calculée par classe d’abondance, pour un intervalle de confiance de 95%, à partir des
données journalières et hebdomadaires pour la méthode Hirst d’une part, à partir des données hebdomadaires pour la
méthode Cour . Pour pouvoir comparer dans un second temps les résultats obtenus pour chaque méthode, seuls les taxa
identifiés au moins une fois par les deux méthodes durant les six semaines d’exposition ont été retenus soit 47 taxa
(Annexe 1).
Pour chaque taxon, la concentration moyenne puis l’écart absolu de chaque capteur à cette concentration ont été
calculé. L’incertitude correspond à la moyenne des écarts absolus divisée par la concentration moyenne.
30
B – 1 - Méthode Hirst
* Données journalières
Pour les 47 taxons retenus, 5 classes d’abondance ont été définies lors de la comparaison des données journalières
Lanzoni 1 - Lanzoni 2. Ces classes d’abondance ont été définies en fonction de l’histogramme de distribution des
fréquences. La classe 1 regroupe les concentrations inférieures à 1 grain / m3 d’air pour les taxons qui n'ont été observés
qu'une seule fois. La classe 2 regroupe les concentrations comprises entre 1 et 5 grains / m3 d’air, la classe 3 celles
comprises entre 5 et 20 grains / m3 d’air, la classe 4 les concentrations comprises entre 20 et 100 grains / m3 d’air et la
classe 5 celles supérieures à 100 grains / m3 d’air.
Classe
Concentration
d'abondance (grains/m3 d'air)
1
2
3
4
5
<1
1-5
5 - 20
20 - 100
>100
Incertitude
±250%
±139%
±73%
±32%
±19%
Les résultats obtenus pour les données journalières montrent
que pour chaque classe il existe une incertitude (cf 2.2). Cette
incertitude est de ±250% pour la classe 1, ±73% pour la classe 3
et atteint ±19% en classe 5.
L’incertitude de mesure diminue avec l’abondance ce qui
signifie que l’estimation est d’autant plus précise que les
concentrations polliniques sont élevées.
* Données hebdomadaires
Le même travail a été réalisé à partir des données hebdomadaires Lanzoni 1 – Lanzoni 2. Quatre classes
d’abondance identiques aux classes 1 à 4 définies précédemment ont été individualisées. La classe 5, qui avait été
individualisée lors de l'analyse des données journalières, n'apparaît plus. Cela tient au fait que les données
hebdomadaires correspondent à la moyenne arithmétique de sept données journalières et la valeur des fortes
concentrations est donc atténuée (cf 2.1.1.).
31
Classe
Concentration
1
2
3
4
<1
1-5
5 - 20
20 - 100
Incertitude
±183%
±74%
±21%
±13%
Là encore, il existe une incertitude importante pour les 4
classes d’abondance. Elle est de ±183% lorsque les concentrations
polliniques sont inférieures à 1 grain / m3 d’air, ± 74%
lorsqu’elles sont comprises entre 1 et 5 grains / m3 d’air, ± 21%
entre 5 et 20 grains / m3 d’air et ±13% pour des concentrations
supérieures à 20 grains / m3 d’air.
Comme pour les données journalières, l’incertitude diminue avec l’abondance. Cependant, à classes d’abondance
équivalentes, l’imprécision de la mesure est moins importante avec les données hebdomadaires qu’avec les données
journalières (±183% en classe 1 avec les données hebdomadaires contre ±250% avec les données journalières ; ±13% en
classe 4 avec les données hebdomadaires contre ±32% avec les données journalières). L’estimation des concentrations
polliniques est donc plus précise si ces concentrations sont élevées et si on travaille à partir de données hebdomadaires.
B – 2 - Méthode Cour
Parmi les 47 taxons retenus, 7 classes d’abondance ont été définies lors de la comparaison des données
hebdomadaires Cour 1 – Cour 2 dont 4 sont identiques à celles créées à partir des données hebdomadaires Hirst. La
méthode Cour permettant de mesurer des concentrations polliniques inférieures à 1 grain / m3, trois autres classes ont été
créées (1''', 1'' et 1'). Il n'est pas rare en effet que les résultats polliniques soient exprimés en grains de pollen par 1000 m3
d'air notamment pour les débuts de floraison et / ou les taxa qui ont une faible représentativité.
La classe 1 est la moyenne des classes 1''', 1'' et 1'.
Il existe une incertitude de mesure pour chaque classe d’abondance. Cette incertitude varie entre de ±211% et ±8%
suivant les concentrations.
Classe
Concentration
1'''
<0,05
1''
0,05 - 0,25
1'
0,25 - 1
Incertitude
±211%
±108%
±39%
Classe
Concentration
1
2
3
4
<1
1-5
5 - 20
20 - 100
Incertitude
±110%
±27%
±13%
±8%
32
C – Conclusion
L’approche statistique développées lors de cette étude montre que les méthodes Hirst et Cour sont deux
méthodes répétables. Une mesure réalisée avec 2 appareils (2 Hirst ou 2 Cour), en un même lieu et au même
moment, donnera des résultats (pour chaque appareil) globalement identiques.
Mais il existe pour les deux méthodes une incertitude de mesure. Cette incertitude, calculée pour un intervalle
de confiance de 95%, n’est pas constante ; elle varie en fonction de l’abondance. Dans les deux cas, elle sera d’autant
plus faible que les concentrations polliniques mesurées seront élevées.
Dans le cadre de l’évaluation de la qualité de l’air, des directives européennes ont été mises en place. La directive
1999/30/CEE (du conseil, du 22 avril 1999) fixe à titre d’orientation pour les programmes d’assurance de la qualité les
marges d’exactitude (incertitude + erreur), en fonction du type de mesure effectuée. Ces marges sont données pour
l’anhydride sulfureux, le dioxyde d’azote, les oxydes d’azote, les particules et le plomb.
Les grains de pollen ayant un diamètre généralement compris entre 20 et 30 micromètres, il est possible de les
assimiler à des particules. Si on applique le critère de qualité européen défini pour la mesure des particules à la mesure
des grains de pollen dans l’air ambiant, les méthodes aéropalynologiques utilisées doivent présenter, en supposant que
l’erreur soit nulle, une incertitude des mesures inférieure ou égale à ±25%, pour un intervalle de confiance de 95%.
Ainsi, si on se place dans un cadre purement métrologique, les résultats montrent que la méthode Hirst répond
aux critères de qualité définis dans le journal officiel des Communautés européennes de 1999 uniquement lorsque
les concentrations sont supérieures à 50 grains / m3 en données journalières et 5 grains / m3 d’air en données
hebdomadaires ; la méthode Cour répond à ce même critère lorsque les concentrations polliniques
hebdomadaires sont supérieures à 1 grain / m3 d’air.
L'incertitude de mesure est attribuable au nombre de grains de pollen comptés. Plus ce nombre est petit et plus la
probabilité pour que la mesure soit répétable est faible.
Dans le cas de la méthode Hirst, on peut diminuer l'incertitude de mesure en augmentant le nombre de lignes. Ce
phénomène est observé lorsque l’on passe des données journalières aux données hebdomadaires (moyenne des données
journalières sur 7 jours). Cette possibilité est toutefois limitée par la surface restreinte de la lame. On pourrait de même
augmenter le nombre de grains de pollen captés en augmentant le volume d'air prélevé mais cela supposerait une buse
d'aspiration plus grande et un ré-étalonnage de l'appareil. De même, une analyse horizontale permettrait peut-être de
diminuer l’incertitude pour chaque classe. Cette méthode d’analyse gomme en effet les erreurs dues à des apports très
ponctuels dans le temps.
33
Pour la méthode Cour, on peut de même diminuer l’incertitude de mesure en augmentant le nombre de lignes
analysées et en augmentant ainsi le nombre de grains de pollen comptés. On peut également augmenter le nombre de
grains de pollen comptés en diminuant la dilution du culot lors de la mesure volumétrique (cf. 2.1.2.).
Dans le cas du capteur Cour, une exposition horaire ou journalière des filtres n'aura aucune incidence sur
l'incertitude des mesures compte tenu du volume d'air échantillonné (570 m3 par jour dans l'exemple présenté au chapitre
2.1.2.).
2.2.2 - Comparaison des méthodes Hirst et Cour
z
Capteur
Cour
20 m
Capteur
Lanzoni
Un capteur Lanzoni et un intercepteur Cour ont été
implantés dans les mêmes conditions expérimentales sur le toit du
bâtiment d’arboriculture de l’Ecole Nationale Supérieure
Agronomique de Montpellier à 20 mètres de hauteur. La période
d’exposition a duré 31 semaines, du 31 décembre 2001 au 5 août
2002 (semaine 1 à 31).
Les analyses polliniques du capteur Lanzoni ont été réalisées
à l’Université Autonome de Barcelone sous la direction de
Jordina Belmonte, celles du capteur Cour à l’Unité de Palynologie
de l’Agro.M.
34
2.2.2.2 - Résultats
113 702 grains de pollen répartis en 80 taxa, ont été identifiés à partir des enregistrements du capteur Lanzoni
(Annexe 2). Parallèlement 163 856 grains de pollen répartis en 119 taxa ont été reconnus avec la méthode Cour (Annexe
2) soit un écart relatif moyen de 33%.
Nombre de taxa
Hirst
Cour
Ecart relatif
80
119
33%
L’évolution du nombre de taxa identifiés au cours des 31 semaines à partir des deux méthodes présente la même
tendance avec une augmentation notable du nombre de taxa au début du printemps. Cependant, le nombre de taxa
identifiés est toujours plus important avec la méthode Cour.
Nombre de taxa identifi és
80
70
60
50
40
Cour
30
20
10
Hirst
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Semaines
35
La comparaison au niveau des concentrations polliniques a été réalisée à l’aide du test non paramétrique de
Wilcoxon avec données pairées. Après homogénéisation des données (homogénéisation du niveau de détermination),
cette procédure a été appliquée aux deux séries de 3844 observations (31 semaines * 124 taxa) issues des capteurs
Lanzoni et Cour. Ce test avait comme hypothèse nulle « les méthodes sont égales, il n’y a pas de différence au niveau
des résultats ».
Test non paramétrique de Wilcoxon avec données pairées
Données
Cour-MPE
Nombre de
données
3844
Lanzoni-MPE
3844
V
p-value
715686
≤Š2,2e-16
La probabilité calculée lors du test étant largement inférieure à 5%, l’hypothèse nulle a été rejetée ce qui signifie
que les méthodes Hirst et Cour fournissent globalement des résultats différents.
Une analyse de données a été couplée à cette approche statistique afin de mesurer l’écart entre les deux méthodes.
Seuls les taxa présents au moins une fois dans les comptages de chaque méthode et dont la somme des concentrations
durant la période d’exposition est supérieure ou égale à 1 grain / m3 d'air ont été retenus soit 49 taxa (Annexe 3).
Classe d'abondance Concentration Concentration moyenne
(grains/m3 d'air)
moyenne
(grains/m3 d'air)
Lanzoni
Cour
1
2
3
4
5
<1
1-5
5-20
20-100
>100
0,147
1,961
9,423
30,977
352,219
0,299
2,892
10,213
52,540
524,467
Ecart relatif
-51%
-32%
-8%
-41%
-33%
La concentration moyenne a été calculée pour 5 classes
d’abondance à partir des données de chaque méthode. Les
estimations faites à partir de la méthode Hirst sont toujours
nettement inférieures à celles obtenues avec la méthode Cour.
Cet écart est moins grand cependant lorsque les
concentrations polliniques sont comprises entre 5 et 20 grains /
m3 d’air. Mais rien dans ces données ne permet de savoir si cet
écart est dû au fait que la méthode Hirst sous-estime les
concentrations, ou la méthode Cour les sur-estime, ou qu’il y a
combinaison de ces deux possibilités.
36
Comparaison des concentrations polliniques obtenues pour les gros pollens
(taille > 40µm)
Ecart relatif
3
3
(grains/m d'air)
(grains/m d'air)
moyenne
Lanzoni
Cour
1
2
3
4
5
<1
1-5
5-20
20-100
>100
0,126
2,168
7,314
37,473
178,491
0,319
2,813
10,375
55,395
278,003
-60%
-23%
-29%
-32%
-36%
Comparaison des concentrations polliniques obtenues pour les pollens moyens
(20µm <taille < 40µm)
Ecart relatif
3
3
(grains/m d'air)
(grains/m d'air)
moyenne
Lanzoni
Cour
1
2
3
4
5
<1
1-5
5-20
20-100
>100
0,150
1,925
8,706
35,294
430,814
0,285
2,760
10,079
41,889
653,578
-47%
-30%
-14%
-16%
-34%
Une seconde analyse des données a été réalisée en tenant
compte de la taille des grains de pollen. Trois groupes ont été
retenus (Annexe 4) :
• les taxa dont la taille des grains de pollen est
supérieure à 40 µm (6 taxa)
• les taxa dont la taille des grains de pollen est comprise
entre 20 et 40 µm (35 taxa)
• les taxa dont la taille des grains de pollen est inférieure
à 20 µm (8 taxa).
Cette comparaison ne révèle pas une tendance nette. Les
concentrations polliniques issues de la méthode Cour sont
toujours supérieures à celle de la méthode Hirst, excepté pour
les concentrations en petits pollens (diamètre < 20µm)
comprises entre 5 et 20 grains / m3 d’air. Mais compte tenu du
nombre de données assez faible pour les groupes des gros et
petits grains de pollen, il est difficile de conclure à un effet
taille des grains de pollen dans cette étude.
Comparaison des concentrations polliniques obtenues pour les petits pollens
(taille < 20µm)
Ecart relatif
3
3
(grains/m d'air)
moyenne
(grains/m d'air)
Lanzoni
Cour
1
2
3
4
5
<1
1-5
5-20
20-100
>100
0,147
2,012
12,328
21,559
255,000
0,355
3,397
10,568
63,638
316,104
-59%
-41%
17%
-66%
-19%
37
2.2.2.3 - Discussion
Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude peuvent être analysés en regard des quelques travaux réalisés sur
l'efficacité des capteurs Cour et Burkard (méthode Hirst). Toutefois, si certaines de ces études peuvent servir de
référence (Tomas et al., 1997 ; Belmonte et al., 2000), d'autres doivent être utilisées avec prudence en raison d'une
localisation différente des capteurs (Durand et Comtois, 1989).
Au niveau de la richesse taxonomique, les mesures réalisées par Durant et Comtois en 1989 comme par Tomas et
al. en 1997 confirment les différences entre les méthodes Cour et Burkard : 96 et 74 taxa respectivement pour les
méthodes Cour et Burkard dans l'article de Durand et Comtois ; 80 et 44 taxa respectivement pour les méthodes Cour et
Burkard dans l'article de Tomas et al.
Les raisons invoquées pour justifier ces différences sont :
• le volume d'air échantillonné. Plus ce volume est grand et plus le nombre de taxa susceptibles d'être captés
est important. Dans les exemples cités aux chapitres 2.1.1. et 2.1.2., les mesures hebdomadaires portent
respectivement, pour les méthodes Cour et Hirst, sur un échantillon de 4000 et 11,06 m3 d'air.
• la pratique d'une acétolyse dans le cas de la méthode Cour (cf. 2.1.2.). Vidés de leur contenu cytoplasmique,
les grains de pollen sont plus faciles à identifier ce qui réduit le nombre de grains de pollen indéterminés et
les erreurs de détermination.
Ces aspects techniques expliquent que la méthode Cour soit qualitativement plus précise que la méthode Hirst.
Selon le cas, cette précision aura une incidence plus ou moins importante :
• dans le cas d'une confusion (méthode Hirst), comme entre les Cupressaceae et les Taxaceae11 ou entre les
ambroisies et les xanthiums, un gain de précision permet de mieux évaluer le niveau d’exposition à des
pollens allergisants.
• dans le cas d'un échantillonnage plus large (méthode Cour), ce sont des taxa rares qui seront recensés. Sans
incidence majeure sur le risque allergique, ces quelques taxa sont les témoins d'espèces entomophiles ou
d'espèces faiblement représentées dans le paysage. Leur suivi peut permettre de comprendre la diffusion ou
la migration de ces espèces.
11
Certains pollen-analystes arrivent à différencier les Cupressaceae des Taxaceae avec la méthode Hirst mais cela requiert un peu plus de temps et une grande expérience au
niveau de l'analyse.
38
Au niveau des concentrations polliniques, les résultats disponibles dans la littérature sont difficilement
exploitables en raison de problèmes méthodologiques. En effet, dans les publications de Durand et Comtois (1989) et
Tomas et al. (1997), les résultats hebdomadaires Hirst correspondent à la somme (et non à la moyenne) des données
journalières. Par ailleurs, dans le cas de l'article de Durand et Comtois (1989), les capteurs ne sont pas à la même
hauteur rendant ainsi toute comparaison hasardeuse (la concentration varie avec la hauteur).
Dans son article de 2000, Belmonte et al. comparent, pour 3 taxons (Urticaceae, Poaceae et Olea), les résultats
obtenus durant 3 années avec un capteur Cour et un capteur Burkard (méthode Hirst) disposés à quelques mètres l'un de
l'autre. Les comparaisons sont réalisées à l'aide de corrélations (Pearson, Spearman, Kendall) qui sont malheureusement
sujettes, comme nous l'avons précédemment évoqué, à de nombreux biais. Si on fait abstraction de ces aspects
méthodologiques, il est intéressant de rappeler que les auteurs :
• enregistrent des concentrations plus fortes, avec le capteur Burkard, pour les petits taxons, qu'avec le
capteur Cour ;
• concluent : "the two sampling methods considered provide essentially the same information, in spite of the
fact that the mean weekly pollen concentrations have different magnitudes, and that the change in
magnitudes depends on the taxon".
•
Dans son rapport de synthèse en 1995, le CEMAGREF présente les résultats d'une comparaison Burkard / Cour
réalisée dans le cadre du projet européen MARS (Monitoring Agriculture with remote sensing). Dans 3 pays européens
(Espagne, France et Italie), 6 couples de capteurs ont fonctionné simultanément durant la floraison de la vigne entre
1992 et 1995. Les comparaisons pour 3 taxa (vigne, olivier et total taxa) sont réalisées, à l'aide de corrélations. Les
auteurs arrivent aux conclusions suivantes :
• d'une façon générale, les résultats obtenus avec la méthode Cour sont plus élevés que ceux obtenus avec la
méthode Hirst. On constate toutefois régulièrement le phénomène inverse notamment pour les faibles
concentrations ;
• pour les concentrations polliniques inférieures à 20 grains de pollen par m3 d'air (résultats exprimés par
demi-semaine sur des périodes de 2,3 ou 4 jours), il est difficile de relier les résultats issus des 2 méthodes
aérobiologiques ;
• pour les concentrations polliniques supérieures à 20 grains de pollen par m3 d'air, les tests statistiques
conduisent à la mise en évidence d'une relation entre les 2 méthodes du type Y = aX +b.
39
Même si les références citées doivent être nuancées, à la vue des méthodes statistiques qu'elles utilisent, il est
intéressant de constater qu'elles arrivent à des conclusions globalement comparables à celles que nous avons pu faire
dans le cadre de cette étude : les méthodes Hirst et Cour fournissent globalement des résultats différents. La présence
d'une relation différente selon les taxa et la concentration pollinique implique, en effet une absence globale de relation
entre les 2 méthodes.
Au niveau des écarts enregistrés entre les 2 méthodes, les références citées sont plus nuancées que nos résultats qui
traduisent des concentrations polliniques toujours plus fortes avec la méthode Cour. Une analyse par taxon, et non par
classe, permettrait peut-être de relativiser les résultats obtenus dans le cadre de cette étude.
Les différences enregistrées entre les 2 méthodes peuvent être expliquées par :
• l'incertitude des méthodes. En effet, l'étude réalisée par le CEMAGREF traduit une absence de relation entre
les 2 méthodes pour les concentrations qui ont la plus forte incertitude (concentrations inférieures à 20
grains par m3) ;
• une plus ou moins bonne représentation des taxa en fonction de leur taille et de la vitesse du vent dans le cas
de la méthode Hirst. En effet, comme le montre Hirst à partir d'expérimentations sous tunnel :
* le pourcentage de Lycopodium captées varie entre 62 et 94% pour des vitesses de vent allant de 1,5 à
9,3 m.s-1 avec une aspiration de 10 l.min-1 (Hirst, 1952).
* les spores d'Ustilago avenae (6,5 µm) sont mieux captées que les spores de Lycopodium clavatum (32
µm) pour des vitesses de vent allant de 0,5 à 10,0 m.s-1 (Hirst 1953). Pour compenser ce biais, Hirst
propose l'utilisation d'indice en fonction de la taille des particules.
• au rendement des filtres en fonction de la vitesse du vent dans le cas de la méthode Cour. Des mesures
réalisées à l'aide d'anémomètres placés en aval des filtres et à proximité immédiate du capteur ont, en effet,
montré que la résistance aérodynamique des filtres varie entre 17 et 24% selon la vitesse du vent (Cour,
1974 ; Gustafsson, 1999). Pour prendre en compte cette résistance du filtre, Cour (1974) préconise
d'effectuer le calcul de la concentration pollinique avec 20% seulement du vent passé.
Pour mieux comprendre les différences enregistrées entre les méthodes Hirst et Cour, au niveau des concentrations
polliniques, il conviendrait aujourd'hui de mesurer précisément le biais (erreur) de chaque méthode en tenant compte de
la vitesse du vent et de la taille des particules. Les résultats permettraient ainsi de savoir si les écarts mesurés sont dus au
fait que la méthode Hirst sous-estime les concentrations, ou la méthode Cour les sur-estime, ou qu’il y a combinaison de
ces deux possibilités. Les travaux entrepris par Hirst, à ce propos, soulignent la difficulté de telles mesures et nous incite
à mieux évaluer les biais et la façon de les compenser.
40
2.2.3 - Conclusion
Plusieurs points importants ont été mis en évidence lors de l’étude sur la répétabilité des méthodes Hirst et Cour :
• globalement, le traitement statistique indique que chacune de ces deux méthodes est répétable. Il y a
concordance entre les résultats lors de répétitions de mesures.
• l’incertitude de mesure est proportionnelle à la valeur des concentrations polliniques. La mesure est
d’autant plus reproductible, et donc l’estimation d’autant plus précise, que la concentration pollinique est
forte.
• si on veut satisfaire les critères de qualité définis par la Communauté européenne en 1999 (directive
1999/30/CEE (du conseil, du 22 avril 1999), les méthodes étudiées y répondent uniquement lorsque
les concentrations sont supérieures à :
* 50 grains / m3 en données journalières pour la méthode Hirst
* 5 grains / m3 d’air en données hebdomadaires pour la méthode Hirst
* 1 grain / m3 d’air en données hebdomadaires pour la méthode Cour.
De plus, la comparaison des méthodes Hirst et Cour, réalisée dans le deuxième volet de cette étude métrologique,
indique qu’il existe une discordance entre les deux méthodes. Les estimations issues de la méthode Hirst sont toujours
moins élevées que celles de la méthode Cour. Mais les données de cette étude ne permettent pas de savoir si la méthode
Hirst sous-estime les concentrations, la méthode Cour les sur-estime ou s’il y a combinaison de ces 2 possibilités. Seule
une étude en conditions contrôlées, avec une concentration pollinique initiale connue et constante dans le temps,
permettrait de clarifier ces différentes observations.
2.3 – AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES METHODES HIRST ET COUR
Les résultats obtenus dans le cadre de l'étude métrologique, associés aux nombreuses publications relatives à des
comparaisons et/ou des expérimentations, permettent de souligner les avantages et les inconvénients de ces méthodes.
Dans ce chapitre, différentes rubriques, organisées selon les thèmes développés dans la littérature, seront abordées.
2.3.1 - Coût du matériel
Pour les 2 méthodes, des appareils standardisés sont distribués par des sociétés européennes.
41
Dans le cas de la méthode Hirst, 2 appareils sont actuellement commercialisés :
• le « seven-day recording volumetric spore trap » par la société Burkard Scientific Equipment
• le «volumetric pollen and particles sampler (VPPS 2000) » par la société Lanzoni.
Le tarif 2001 des appareils (accessoires compris) était de 2579 £, soit 3882 euros, pour le Burkard et de 4178 euros
pour le Lanzoni. L'alimentation électrique et les produits nécessaires pour assurer le fonctionnement de l'appareil
représentent un coût d’environ 150 euros par an.
Dans le cas de la méthode Cour, la Fonderie-Tôlerie du Sablas (Le Crès, Hérault) est la seule société qui
commercialise des intercepteurs polliniques. Le prix des intercepteurs est de 820 euros en 2002. Il convient d'ajouter le
prix d'un anémomètre totalisateur, dans le cas où il n’y a pas de station météorologique à proximité de la station, ainsi
que celui des filtres. Selon les caractéristiques (multidirectionnel ou pas) et la marque de l'appareil, le prix d'un
anémomètre varie entre 1000 et 2500 euros. Le coût des filtres pour une saison pollinique varie selon le type
d'enregistrement. Avec un pas de temps hebdomadaire, ce coût s'élève à 650 euros/an.
⇒ Un capteur de type Hirst est plus onéreux qu'un intercepteur pollinique de
type Cour mais son fonctionnement annuel est beaucoup moins coûteux.
2.3.2 - Installation du matériel
Dans le cas de la méthode Hirst, les appareils sont généralement localisés à une vingtaine de mètres de hauteur sur
le toit d'un bâtiment de préférence en centre ville. Le toit doit être dégagé sur 360° (sans obstacle) de façon à permettre
une circulation libre de l'air. Dans la pratique, on enregistre une grande diversité de sites et de hauteurs qui ne sont pas
toujours favorables à la standardisation des mesures. Si on prend comme exemple le cas du réseau RNSA en 2002, les
stations sont installées entre 10 mètres (La Bourboule, La Flèche) et 66 mètres de hauteur (Toulon)12. Ceci limite les
comparaisons inter-sites dans la mesure ou la zone d'échantillonnage et les concentrations polliniques sont directement
dépendantes de la hauteur du capteur. En effet, comme ont pu l'expérimenter différents auteurs (Käpyla, 1981 ; Von
Wahl and Puls, 1989 ; Rantio-Lehtimäki, et al., 1991 et Hart, et al., 1994) la hauteur a une incidence directe sur la
mesure pollinique. Dans son article de 1994, Hart (Hart et al., 1994) conclue à ce propos : "Pollen concentrations from
the 30m trap were consistently smaller than those from the 12 and 24 m traps for all types examined".
12
Sources : Données aéro-polliniques françaises 2002, RNSA.
42
Pour fonctionner, les capteurs de type Hirst nécessitent, par ailleurs, une alimentation électrique. Dans le cas où
celle-ci ne serait pas disponible, des batteries ou des panneaux solaires peuvent être utilisés.
Dans le cas de l'intercepteur pollinique, Pierre Cour préconise une hauteur de 3 mètres (au-dessus des turbulences
du sol) pour la mesure allergologique des émissions polliniques. Les intercepteurs sont généralement localisés dans le
parc instrumental des stations de Météo-France. Dans ces parcs météorologiques, des contraintes internationales13
impose une zone dégagée sur 360° avec un couvert végétal régulièrement tondu. La localisation de ces parcs
météorologiques se fait, le plus fréquemment, à proximité d'aéroports dans des zones sans végétation ce qui limite les
risques de contamination. Les relevés hebdomadaires sont réalisés par le personnel des stations qui assure le bon
fonctionnement des intercepteurs. La localisation à 3 mètres de hauteur facilite la standardisation des installations de
captage et permet ainsi une comparaison directe entre sites. En contrepartie, cette localisation peut favoriser une surreprésentation des grains de pollen d’herbacées qui poussent à proximité des capteurs. Par ailleurs, les sites de
prélèvement sont généralement éloignés des centres villes.
⇒ Le fonctionnement des capteurs de type Hirst nécessite la présence d’une
installation électrique (prise de courant sécurisée, batterie, panneaux solaires).
⇒ Jusqu’à présent, les capteurs de type Hirst ont été installés à différentes
hauteurs. Ceci limite les comparaisons inter-sites. Les intercepteurs polliniques
de type Cour sont installés dans les mêmes conditions expérimentales dans le
cas de mesures allergologiques, mais leur localisation les rend plus sensibles
aux herbacées locales.
2.3.3 - Taille de l'échantillon d'air analysé
Dans le cas des capteurs de type Hirst, l'échantillonnage est réalisé par la buse d'aspiration qui a une surface utile
de 28 mm2 (2 mm x 14 mm). Le prélèvement se fait de façon continue à l'aide d'une pompe qui aspire 100,8 m3 par
semaine. Seul 11% de ce volume sont réellement observés soit 11,09 m3. La relative faiblesse de cet échantillon aura
pour conséquence une richesse taxonomique amoindrie et une incertitude forte pour les concentrations hebdomadaires
inférieures à 5 grains (cf. chapitre 2.2.).
13
Normes définies par l'Organisation Météorologique Mondiale
43
Dans le cas des capteurs Cour, la surface d'échantillonnage est de 40 000 mm2 et l'observation porte sur un
échantillon statistiquement représentatif de 4000 m3 en moyenne hebdomadaire. La taille de l'échantillon réellement
analysé permet la détermination d'un nombre plus important de taxa et diminue considérablement l'incertitude. Ainsi,
l'incertitude est inférieure à 25% dès que les concentrations sont supérieures à 1 grain de pollen par m3 d'air.
⇒ L'échantillon est plus important dans le cas de l'intercepteur pollinique, ce
qui augmente la richesse taxonomique et diminue l'incertitude des mesures.
2.3.4 - Erreur de mesure (justesse, biais)
En l'absence de publications récentes sur ce thème, et compte tenu de la difficulté à prendre en compte l'ensemble
des paramètres mis en jeu, nous limiterons notre commentaire à des remarques d'ordre général.
Dans le cas des capteurs de type Hirst, des pertes peuvent provenir à différentes étapes de la mesure. On peut
notamment mettre en avant des risques d'erreurs liés :
• au type de prélèvement, qui se fait de façon continue alors que la vitesse du vent varie. Ce captage anisocinétique a été commenté par Hirst lui-même (Hirst, 1953). Pour évaluer les pertes, en fonction de la
taille des particules et de la vitesse du vent, Hirst a réalisé sous tunnel de vent un test de calibrage. Il arrive
ainsi à la conclusion que quelle que soit la vitesse du vent, sa trappe capte mieux les particules de 6,5µm
(Ustilago avenae) que les particules de 32µm (Lycopodium clavatum). Pour prendre en compte ce tri
sélectif, Hirst (1953) propose un coefficient de correction en fonction de la taille des particules. Par ailleurs,
Hirst précise que l'efficacité de la trappe varie en fonction de la vitesse du vent et du volume d'air aspiré
(Hirst, 1952). Ainsi il évalue que le pourcentage de Lycopodium captées varie entre 62 et 94% pour des
vitesses de vent allant de 1,5 à 9,3 m.s-1 avec une aspiration de 10 l.min-1 .
• au milieu d'enduction utilisé pour fixer les particules captées. Selon le milieu, l'adhérence des grains de pollen
(et des spores) sur la bande de cellophane est réalisée avec plus ou moins de succès. En raison du manque
d'adhésion de ce milieu dans certaines conditions thermiques (ou de durée d'exposition), plusieurs études ont
été réalisées pour remplacer ce dernier (Comtois & Mandrioli, 1997 ; Galan & Dominguez, 1997 ;
Razmovski et al., 1998 ; Alcazar & Comtois, 1999 ; Alcazar et al., 2003).
44
• à la buse d'aspiration qui en raison de son étroitesse présente des risques importants d’obturation et augmente
les effets de bord. Même si la largeur de la buse (2 mm) est 100 fois plus importante que celle d'un grain de
pollen (20µm en moyenne), les effets de bord sont importants notamment avec des vents forts.
Dans le cas des capteurs de type Cour, le rendement des filtres n'est que de 20%. Des mesures réalisées à l'aide
d'anémomètres placés en aval des filtres et à proximité immédiate du capteur ont montré que la résistance
aérodynamique des filtres varie entre 17 et 24% selon la vitesse du vent (Cour, 1974 ; Gustafsson, 1999). Pour prendre
en compte cette résistance du filtre, Cour (1974) préconise d'effectuer le calcul de la concentration pollinique avec 20%
seulement du vent passé. Compte tenu de la durée hebdomadaire d'exposition des filtres et de la variabilité du vent, un
rendement moyen a été retenu pour le calcul de la concentration pollinique. Des estimations réalisées à partir des
équations obtenues en soufflerie pour différentes vitesses de vent montrent, en effet, que les écarts obtenus sont faibles
en regard de la grande variabilité du vent. Si la surface du filtre (400 cm2 de surface utile) permet de limiter les effets de
bord, on ne peut pas parler, en contrepartie, d'une mesure isocinétique en raison de la relative stabilité du rendement des
filtres.
Les traitements chimiques réalisés dans le cas de la méthode Cour nécessitent expérience et rigueur pour éviter
toutes pertes qui auraient une incidence directe sur l'évaluation des concentrations polliniques. Cette méthode ne peut
être reproduite sans une formation préliminaire dispensée par un laboratoire confirmé.
⇒ Dans le cas des capteurs de type Hirst et Cour, des erreurs peuvent survenir
à différentes étapes de la mesure. Pour atténuer ces risques d'erreur il convient
: de multiplier les résultats par un coefficient de correction qui tienne compte
de la taille des particules dans le cas des capteurs de type Hirst ; de calculer les
concentrations polliniques pour la quantité de vent réellement passé à travers
le filtre dans le cas des capteurs de type Cour. Dans le cas des capteurs Hirst et
Cour, la vitesse du vent est mal intégrée et des études en soufflerie s'imposent
pour en mesurer les effets. Dans les cas des capteurs de type Hirst, les effets de
bord et le milieu d'enduction, peuvent générer également des erreurs.
2.3.5 - Montage, analyse et "pas de mesure"
Dans le cas des capteurs de type Hirst, le temps nécessaire pour monter les 7 lames d'un tambour hebdomadaire est
approximativement de 15 minutes. Ce montage demande une certaine attention. Le temps d'analyse varie selon la
45
période en fonction de la richesse et des concentrations. On considère qu’il faut 8 heures en moyenne pour analyser 7
lames journalières avec 12 bandes verticales. Outre la nécessité de disposer d'une hotte, pour le liquide d'enduction, le
montage des lames ne demande aucun matériel de laboratoire. La rotation du tambour permet une analyse horaire et/ou
journalière des enregistrements polliniques. Dans le cas du RNSA, la lecture de 12 lignes verticales permet une mesure
horaire qui est cumulée pour donner des résultats quotidiens et hebdomadaires. Selon l'étude, il est possible de faire
évoluer le pas de temps de la mesure avec la plus grande facilité sans modifier le protocole d'échantillonnage.
Dans le cas des capteurs de type Cour, le traitement physico-chimique des filtres nécessite un laboratoire équipé de
hottes et de centrifugeuses. Le temps effectif nécessaire pour passer du support filtrant à une lame est de 2 heures.
Toutefois, compte tenu des délais requis pour les réactions chimiques, ces 2 heures sont étalées sur une journée.
Plusieurs échantillons (8 en général) peuvent être traités simultanément Le temps d'analyse varie en fonction de la
richesse et des concentrations. Il est en moyenne de 5 heures pour 5 lignes horizontales. Ce temps est le même que le
filtre soit exposé un jour ou une semaine.
La durée d'exposition des filtres sera fonction de l'étude à réaliser (cf. 2.1.2.). A partir de 15 jours d'exposition, les
filtres peuvent se colmater dans les régions arides caractérisées par une atmosphère chargée en particules minérales. Il
est donc préférable de ne pas dépasser cette durée d'exposition pour éviter que le rendement du filtre ne diminue. Une
exposition bi-horaire peut être réalisée par exemple pour étudier le rythme circadien des émissions polliniques. Celle-ci
devra toutefois rester ponctuelle en raison du temps et des coûts mis en œuvre lorsque l'on travaille à cette résolution. La
présence de 2 cadres porte-filtre sur l'intercepteur pollinique permettra de réaliser une mesure des émissions pollinique à
"2 vitesses". Selon le stade phénologique et/ou le degré de précision souhaité, il est en effet possible de réaliser un
enregistrement hebdomadaire sur le cadre gauche de l'intercepteur et un enregistrement quotidien sur le cadre droit.
⇒ Le temps nécessaire pour le montage des lames microscopiques et l’analyse
est similaire pour les 2 méthodes. Cependant, la préparation de l’échantillon
dans le cas du capteur de type Cour nécessite l’application d’un protocole en
laboratoire. La méthode Hirst permet de réaliser des analyses avec un pas
temps variable (d'horaire à hebdomadaire) sans modification notable du coût.
La méthode Cour n'est pas adaptée à une analyse horaire ou journalière en
raison des coûts qu'elle engendre à ces pas de temps sauf pour un objectif très
spécifique.
46
2.3.6 - Niveau de détermination
Dans la méthode Cour, une acétolyse (Erdtman, 1960) est réalisée lors des traitements physico-chimiques, pour
isoler les grains de pollen du support filtrant. Elle permet de vider les grains de pollen de leur contenu cellulaire (noyau
et cytoplasme) et de leur paroi interne cellulosique, le rendant translucides. L’observation au microscope photonique est
facilitée et peut être réalisée, plan par plan, de l’extérieur vers l’intérieur des grains ce qui permet une reconstitution de
la structure et de la sculpture de l’exine ainsi qu’une observation fine de l’ecto- et endoaperture. Après traitement
chimique, les échantillons sont montés dans un milieu semi-liquide (glycérine colorée à la fuschine basique). Les grains
de pollen sont donc mobiles et peuvent être observés sous différents angles. Ces deux points techniques contribuent à
une identification fine des grains de pollen.
Il n’est pas possible d’utiliser l’acétolyse avec la méthode Hirst et les prélèvements sont montés entre lame et
lamelle dans un milieu solide. Les grains de pollen ne peuvent être observés nettement qu’en surface et sur une seule
face. D’où le risque de confusion entre types polliniques très proches tels Ambrosia et Xanthium, Cupressaceae et
Taxodiaceae…
L’utilisation de traitements chimiques détruit une partie des spores de champignons contenus dans les échantillons.
La méthode Hirst est plus adaptée pour dénombrer et identifier les spores.
⇒ La méthode Cour permet une identification plus précise des grains de
pollen. La méthode Hirst est plus appropriée pour observer les spores de
champignons.
2.3.7 - Conservation et perte des échantillons
Après exposition, les échantillons obtenus avec la méthode Hirst doivent être immédiatement montés entre lame et
lamelle pour pouvoir à nouveau exposer le tambour. Les lames pourront être gardées plusieurs années (faute de recul on
peut difficilement préciser la longévité des lames mais certains laboratoires possèdent des lames de plus de 20 ans en
parfait état). Si une lame est cassée lors du montage ou lors du stockage, la perte de l’échantillon est irréparable.
47
Avec la méthode Cour, les unités filtrantes sont ensachées et peuvent être stockées autant d’années que l’on veut
sans que les grains de pollen ne soient altérés. Si un échantillon est détruit lors des traitements chimiques ou du montage
des lames, cette perte est réparable car seule une moitié de filtre est utilisée lors de la dégradation physico-chimique.
⇒ Dans le cas des 2 méthodes, les lames peuvent être conservées plusieurs
années. La perte d’un échantillon est irréparable avec la méthode Hirst
contrairement à la méthode Cour.
2.3.8 - Pannes
Les causes de pannes sont diverses avec les capteurs de type Hirst :
•
coupure de l’alimentation électrique
•
dysfonctionnement du système d’horlogerie
•
obstruction de la buse d’aspiration.
Ces pannes ont pour conséquences une absence d’aspiration d’air ou une variation de la durée de prélèvement.
Si ces dysfonctionnements sont de courte durée, il sera difficile de les mettre en évidence lors du montage des
lames. Il existe alors un risque de décalage des tranches horaires lors de la lecture des échantillons.
Les pannes du capteur de type Cour sont rares. Seuls des vents violents, type cyclone, peuvent provoquer la
destruction du matériel.
⇒ Les causes de panne sont multiples pour les capteurs de type Hirst. Elles ne
sont pas toujours mises en évidence si elles sont de courte durée. Il n’y a pas de
panne possible pour les intercepteurs polliniques, sauf destruction du matériel
lors de conditions météorologiques exceptionnelles (cyclone).
48
2.3.9 - Récapitulatif
Les méthodes Hirst et Cour comportent toutes deux des avantages et des inconvénients dont il faut tenir compte
lors de la mise en place d'un protocole expérimental. Elles sont complémentaires pour certains points et peuvent de ce
fait être utilisées conjointement dans certaines études. Le tableau suivant rassemble les principaux points forts et points
faibles de chacune des méthodes.
Points Méthode Hirst
clés
Besoin en électricité
Dimension de la surface d'échantillonnage (mm2)
Volume d'air échantillonné chaque jour (m3)
Changement du matériel d'échantillonnage
Protocole avant analyse microscopique
Observation des grains de pollen
Observation des spores de champignons
Perte d'un échantillon
Fréquence de panne électrique
Fréquence d'échantillonnage
Coût du capteur
Coût du fonctionnement
Incertitude de mesure
« Biais » probables de mesure
+
+
+
+
Oui
28
14.4
Nécessite de l'attention
Simple
Bonne
Bonne
Irréparable
Occasionnellement
Journalier (horaire)
Onéreux
Peu onéreux
Très élevée en dessous
de 50 grains /m3 d'air
en mesure journalière
et 5 grains/m3 d’air en
mesure hebdomadaire
Taille des grains &
vitesse du vent
Méthode Cour
Non
40 000
571 (en moyenne)
Simple
Protocole de laboratoire
Très bonne
Spores en partie perdues
Réparable
Très rares
Hebdomadaire
Peu onéreux
Moyennement onéreux
Elevée en dessous de 1
grains /m3 d'air (en mesure
hebdomadaire)
Vitesse du vent
Points forts
⇒ Dans le cas de la méthode Hirst, le principal point fort réside dans le pas de mesure qui peut être adapté
(d'horaire à hebdomadaire) sans engendrer de coûts supplémentaires
⇒ Dans le cas de la méthode Cour, le principal point fort réside dans sa fiabilité (faible incertitude).
Points critiques
⇒ La méthode Hirst est peu exacte pour les concentrations polliniques inférieures à 50g/m3 d’air (mesures
journalières).
⇒ La méthode Cour est inadaptée à une analyse journalière.
49
3. ETUDE COMPARATIVE D’IMPLANTATION DES CAPTEURS EN
LANGUEDOC-ROUSSILLON
3.1 – CONSIDERATIONS METHODOLOGIQUES
En France, la localisation des capteurs à pollen (à des fins de prévention des allergies) a principalement été dictée,
jusqu’à présent, par la nécessité de couvrir les principales agglomérations du territoire national métropolitain. Le
nombre de sites a augmenté au fil des ans, au gré des initiatives locales. Pour valoriser les efforts entrepris, et fournir
une information pollinique la plus représentative possible, tenant compte de critères démographique et économique, il
convenait de s’interroger sur la représentativité d’un capteur et de son information pollinique.
Depuis longtemps, les paléo-palynologues qui travaillent sur des enregistrements polliniques fossiles se sont posés
la question de la représentativité d’une information pollinique. En effet, pour interpréter les enregistrements polliniques
fossiles en terme de végétation et de climat, il convenait d’établir le lien entre un spectre pollinique (information
pollinique) et sa végétation émettrice. Les nombreux travaux réalisés14 ont permis de montrer que l’information
pollinique est :
• une image déformée de la végétation. Cette déformation tient principalement au fait que la production
pollinique varie d’une espèce à l’autre. Les espèces anémophiles, qui utilisent le vent comme vecteur du
pollen pour assurer leur fécondation, pollinisent beaucoup comparativement aux espèces entomophiles qui
utilisent les insectes comme vecteur du pollen.
• représentative d’une région plus ou moins grande selon le milieu de dépôts (lac, tourbière,…). Ainsi, plus la
source (la végétation) est proche, ou plus la zone de sédimentation est restreinte, et plus l’information
pollinique obtenue est limitée spatialement. A titre d’exemple, les grains de pollen sédimentés dans une
flaque d’eau en forêt traduisent une végétation locale alors que ceux sédimentés dans un lac en zone ouverte
sont des traceurs de la végétation présente à plusieurs dizaines, voire centaines de kilomètres autour de
celui-ci.
14
Pour plus d’informations sur ces travaux, se référer à des ouvrages généraux comme Textbook of pollen analysis de K. Faegri & J. Iversen (1989) ou Quaternary paleoecology
de H.J. Birks & H.H Birks (1980).
50
En aérobiologie, les capteurs vont répondre aux mêmes lois de représentativité : plus un capteur est proche d’une
source et plus celle-ci sera bien représentée. Les travaux réalisés sur la production pollinique d’une parcelle émettrice
montrent que la courbe de concentration pollinique décroît très rapidement dès que l’on s’éloigne de cette source selon
une courbe de type leptokurtique (Hyde, 1951 ; Reheul, 1987 ; Lavigne et al., 1996). A 300- 400 mètres de la source les
concentrations polliniques se stabilisent et traduisent une ambiance pollinique moyenne qui évolue peu avec la distance.
Selon la hauteur de la végétation, la topographie de la zone et la vitesse du vent, la distance nécessaire pour que la
concentration pollinique se stabilise sera toutefois plus ou moins importante.
L’ambiance pollinique est le reflet de la végétation d’une région. Elle traduit parfaitement dans le temps la
cinétique d’une pollinisation (sans être biaisée par une production locale) et témoigne de l’intensité de la production
pollinique. La cinétique de pollinisation, c’est-à-dire le rythme de libération du pollen dans l’atmosphère, varie en
fonction de l’espèce considérée et des conditions climatiques de la floraison. La production pollinique sera, pour sa part,
fonction des conditions climatiques qui ont prévalu depuis la mise en place des bourgeons floraux jusqu’à la floraison15.
Les conditions météorologiques de la floraison permettront au potentiel pollinique d’être plus ou moins bien valorisé.
L’information fournie par un capteur doit refléter cette ambiance pollinique qui traduit l’état de la végétation à un
moment donné. De toute évidence, chaque personne, en fonction de son cadre de vie et de son itinéraire, sera exposée à
des concentrations polliniques plus ou moins fortes. Un capteur ne peut refléter toute la diversité locale, mais il traduit
parfaitement une situation moyenne qui peut évoluer d’une année sur l’autre. En effet, pour une même espèce, la date de
pollinisation peut varier de plus de 25 jours et la production pollinique annuelle fluctuer dans un rapport de 1 à 10. Ces
variations considérables affecte les patients atteints de pollinoses et sont les paramètres déterminants pour caractériser
une saison pollinique. La variabilité locale de la couverture végétale et de son spectre pollinique peut s’apparenter à une
constante. Ainsi, un individu précoce (un arbre par exemple) pollinisera toujours plus tôt qu’un individu tardif que
l’année soit précoce ou tardive. De même, les différences locales au niveau de la production pollinique seront constantes
que ce soit une année à forte ou à faible production.
La représentativité d’un capteur à pollen se pose donc en terme de transport pollinique, mais aussi et surtout, de
végétation. Au niveau du transport, les modèles et les travaux réalisés au Sahara, dans l’Océan Atlantique et récemment
au Groenland attestent de la capacité des grains de pollen a être transportés (Cour, 1976 ; Karlsson, 1984 ; Calleja et al.,
1993 ; Rousseau et al., 2003). A Montpellier, la floraison d’espèces distantes de plus de 100 kilomètres (Betula, Fagus,
15
Pour les plantes annuelles, c’est le nombre d’individus qui va être déterminant. Il dépend des conditions climatiques qui fixent le taux de germination mais peut aussi être
influencé par les surfaces emblavées dans le cas d’espèces cultivées.
51
Castanea,…), est parfaitement mesurée même si celles-ci n’appartiennent pas à la région méditerranéenne. L’ambiance
pollinique mesurée à Montpellier correspond à une moyenne qui couvre les formations végétales depuis le littoral
méditerranéen jusqu’aux contreforts cévenols. Un vent unidirectionnel peut toutefois entraîner, certaines semaines, la
sous-représentation d’un taxon distribué en aval du capteur.
Un rayon de 50 km peut donc être raisonnablement retenu pour définir la couverture d’un capteur. Mais plus que la
distance, c’est l’homogénéité de la formation végétale à mesurer qui est importante. En effet, une information pollinique
est valable au-delà de 50 km dans une région biogéographiquement homogène. L’information pollinique varie à la
même échelle que la végétation et seul un décalage phénologique de l’ordre de 3 jours en moyenne par degré de latitude
est généralement observé (Guerin et al., 1993). Dans ce contexte, la notion de zone de validité d’une information
pollinique peut être développée. En montagne, au contraire, le capteur reflète les différents étages de végétations qui ont
une composition et une phénologie différentes. Selon l’altitude, les espèces et les dates de pollinisation peuvent varier et
l’information pollinique doit être utilisée avec précaution.
La couverture géographique d’un capteur et la zone de validité d’une information pollinique sont de toute évidence
difficiles à évaluer. Différents paramètres tels le transport pollinique, la force et la direction du vent, l’homogénéité du
couvert végétal vont jouer et faire varier cette zone. D’une façon générale, l’information pollinique est le reflet de la
végétation et varie à la même échelle que celle-ci. Si la mise en place d’un réseau aérobiologique doit s’appuyer sur des
critères scientifiques (botanique, topographie, phénologie,…), il convient de prendre également en compte les
paramètres démographiques et économiques pour faire coïncider les besoins et les moyens avec la réalité
biogéographique.
Pour mieux comprendre à quelle échelle s’élabore une information pollinique, une étude méthodologique a donc
été entreprise en Languedoc-Roussillon pour :
• améliorer les connaissances sur les variations intra-régionales du contenu pollinique de l'atmosphère ;
• fournir des bases scientifiques pour définir l'architecture du futur réseau régional de mesures polliniques.
Cette réflexion méthodologique a été volontairement construite sur une information pollinique qui constitue la
finalité de ce travail et pour laquelle des bases de données sont actuellement disponibles.
52
3.2 – CADRE DE L’ETUDE ET DISPOSITIF EXPERIMENTAL
Le Languedoc-Roussillon présente une diversité de formations végétales (des
formations littorales aux pelouses alpines) qui justifierait la mise en place d'un réseau
aérobiologique constitué de plusieurs capteurs. Compte tenu des contraintes financières
et de son caractère méthodologique, l'étude a été limitée aux 3 principales villes du
Languedoc-Roussillon qui disposaient déjà d'un capteur à pollen de type Lanzoni
(stations du Réseau National de Surveillance Aérobiologique de Nîmes, Montpellier &
Perpignan).
Nîmes
Montpellier
Perpignan
Pour permettre des comparaisons directes, sans avoir à prendre en compte les
problèmes de localisation des capteurs, le réseau RNSA a été doublé d'un réseau
d'intercepteurs polliniques de type Cour installés dans les mêmes conditions
expérimentales (à 3 mètres de hauteur, dans le parc instrumental de Météo France, dans
une zone dégagée sur 360° et hors contexte végétal proche). Les capteurs Lanzoni du
RNSA sont localisés au centre des 3 agglomérations à 20 m de hauteur
approximativement (à Nîmes le capteur RNSA est localisé en périphérie de la ville sur
un bâtiment de l'hôpital dans un environnement de garrigue).
Les analyses ont été réalisées par les pollen-analystes du RNSA pour les capteurs
Lanzoni de Nîmes et de Perpignan. Les analyses du capteur Lanzoni de Montpellier ont
été effectuées par l'Unité de Botanique de l'Université Autonome de Barcelone sous la
direction de Jordina Belmonte. Les analyses des 3 intercepteurs polliniques de type
Cour ont été réalisées par l'Unité de Palynologie de l'ENSAM sous la direction de
Michel Calleja.
L'étude a été conduite durant 7 mois (du 31 décembre 2001 au 5 août 2002) pour
prendre en compte la pollinisation des principales espèces présentes dans la zone
d'étude.
53
3.3 – CONTROLE QUALITE DES DONNEES POLLINIQUES
Dans un premier temps, un contrôle qualité a été réalisé sur les données polliniques. Il avait pour objectif d’évaluer
la qualité des données polliniques et de mettre en évidence d’éventuelles erreurs et/ou anomalies. Il portait sur :
* Le recueil des données polliniques
A Nîmes et Perpignan, des données manquantes à différentes périodes ont été observées sur les 2 stations Lanzoni
du RNSA. Des problèmes de maintenance sont à l’origine de ces déficiences qui perturbent malheureusement la série
pollinique notamment au printemps à Perpignan (semaines 12 à 18). La maintenance des capteurs Cour était assurée par
le personnel de Météo France et aucun problème n’est à déplorer (Fig 4).
Lanzoni
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Nîmes
Montpellier
Perpignan
Semaines
Cour
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Nîmes
Montpellier
Perpignan
Semaines
Donnée hebdomadaire absente
Donnée hebdomadaire incomplète
Donnée hebdomadaire complète
Tableau récapitulatif du recueil des données polliniques Lanzoni et Cour à Nîmes,
Montpellier et Perpignan
54
* La fiabilité des déterminations polliniques
Ce contrôle a été effectué en comparant la richesse taxonomique (nombre de taxa déterminés) des capteurs Lanzoni
et Cour pour chaque ville compte tenu des caractéristiques techniques de chaque méthode (une plus grande richesse sur
le capteur Cour).
A Montpellier et Nîmes, on enregistre sur les capteurs Lanzoni et Cour des tendances identiques : une
augmentation de la richesse taxonomique au printemps puis une relative stabilité de celle-ci à partir du mois de juin.
A Perpignan, une richesse taxonomique anormalement faible sur le capteur Lanzoni nous a conduit à remettre en
cause la fiabilité des déterminations polliniques. Après discussion avec le pollen-analyste concerné, nous avons conclu
que la faiblesse de cette richesse était attribuable à des confusions dans les déterminations polliniques.
30
19
22
25
28
31
22
25
28
31
50
Perpignan
40
30
20
10
16
10
7
4
0
1
Nombre de taxa
60
Comparaison des concentrations polliniques moyennes
hebdomadaires des capteurs Lanzoni et Cour
19
Semaines
semaines
Capteur Lanzoni
Capteur Cour
Droite de tendance
16
1
31
28
25
22
19
16
13
0
10
0
7
10
4
10
13
20
13
20
40
10
30
Nîmes
7
40
50
4
Nombre de taxa
50
60
Montpellier
1
Nombre de taxa
60
55
* Le bon fonctionnement des capteurs
1600
Ce contrôle a été réalisé en comparant les concentrations
polliniques totales hebdomadaires (tous taxa confondus) des capteurs
Lanzoni et Cour pour chaque ville. Indépendamment des différences
possibles (cf. 2.1.), les 2 méthodes doivent, en effet, fournir la même
tendance.
Montpellier
Pollen /m3 d'air
1200
800
400
31
29
27
25
23
21
19
17
15
11
13
9
7
5
3
1
0
Semaines
Pollen /m3 d'air
1200
Perpignan
900
A Montpellier et Perpignan, la comparaison des résultats
obtenus sur les 2 capteurs témoigne du bon fonctionnement des
stations. A Nîmes au contraire), un déficit pollinique en début
d'année sur le capteur Lanzoni, nous a contraint à remettre en
cause la fiabilité des concentrations durant toute la floraison des
Cupressaceae. Ce déficit a été attribué à un dysfonctionnement de
la pompe signalé, après coup, par le responsable du site de Nîmes.
600
300
Semaines
Nîmes
1500
1000
Cupressaceae
Nîmes
800
600
400
200
500
31
29
27
25
23
21
19
17
Semaines
Semaines
Comparaison des concentrations polliniques moyennes
hebdomadaires des capteurs Lanzoni et Cour
15
13
11
9
7
5
1
31
29
27
25
23
21
19
17
15
11
13
9
7
5
3
3
0
0
1
Pollen /m3 d'air
2000
1000
Pollen /m3 d'air
31
28
25
22
19
16
13
10
7
4
1
0
Comparaison des concentrations polliniques moyennes hebdomadaires
de Cupressaceae des capteurs Lanzoni et Cour à Nîmes
Capteur Lanzoni
Capteur Cour
Période anormale
56
En raison d'un nombre trop important d'erreurs pour les capteurs Lanzoni de Nîmes et de Perpignan l'étude
comparative a donc été limitée aux seuls intercepteurs polliniques de type Cour. En effet, la série pollinique
« Hirst »n'était pas assez importante (31 semaines) pour masquer les erreurs aux niveaux de l'exposition, de l'analyse et
du fonctionnement des stations.
3.4 – RESULTATS – DISCUSSION
3.4.1 - Richesse taxonomique
La richesse taxonomique, reflet de la diversité botanique
régionale, a été évaluée pour les 3 stations durant les 31 premières
semaines de l'année 2002. Les résultats obtenus soulignent la
même tendance pour les 3 stations avec :
60
50
40
30
20
10
1
3
5
7
9
11
13
15 17
19
21 23
25
27
29 31
Semaines
Perpignan
Montpellier
Nîmes
Comparaison de la richesse taxonomique hebdomadaire à Montpellier, Nîmes et
Perpignan sur les capteurs Cour.
•
une augmentation du nombre de taxa identifiés au fil
du temps. Cette augmentation correspond à un nombre croissant
d'espèces qui pollinisent parallèlement au réchauffement de
l'atmosphère au printemps. Début mai, on enregistre un
"tassement" de la richesse taxonomique qui traduit une
stabilisation du nombre de taxa qui pollinisent chaque semaine. A
Perpignan, on observe une richesse légèrement plus importante en
début de saison et une stabilisation plus rapide du nombre de taxa.
Cette tendance peut s'expliquer par des conditions thermiques
légèrement plus chaudes et une légère avance de la saison
pollinique.
•
une fluctuation importante, d'une semaine à l'autre, du
nombre de taxa identifiés. Ces fluctuations reflètent des variations
météorologiques ; une baisse de température et/ou de fortes
précipitations ont pour effet un arrêt des émissions polliniques et
une diminution de la richesse taxonomique hebdomadaire.
57
Nombre de taxa (% du total)
160
140
120
105%
104%
91%
100
80
60
40
1
3
5
7
9
Montpellier
11
13
15 17
19
21
Semaines
Perpignan
23
25
27
29
31
Nîmes
Comparaison de la richesse taxonomique moyenne (sur 31 semaines) relative à
Montpellier, Nîmes et Perpignan sur les capteurs Cour.
Pour comparer plus précisément les 3 stations, la richesse
taxonomique moyenne (sur 31 semaines) relative de chaque
station a été calculée en divisant la richesse de la station par la
moyenne des 3 stations.
Les résultats obtenus traduisent une richesse taxonomique
moyenne légèrement plus importante à Perpignan (105%) et
Montpellier (104%) qu'à Nîmes (91%).
A Perpignan et Montpellier, la proximité du littoral
méditerranéen et d'un arrière-pays botaniquement varié (les
Pyrénées dans le cas de Perpignan, la Garrigue et les Cévennes
dans le cas de Montpellier) peuvent expliquer la richesse
taxonomique de ces 2 agglomérations. A Nîmes, l'omniprésence
de la garrigue explique peut-être une richesse taxonomique
relativement moins importante.
Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude doivent toutefois être relativisés compte tenu du nombre limité
d'enregistrements polliniques. En effet, il est difficile à partir d'un nombre restreint de mesures de tirer des conclusions
significatives sur la richesse d'une station sachant qu'un effet pollen-analyste et/ou qu'un effet année peuvent jouer.
Pour confirmer cette tendance, il conviendrait de réaliser des mesures sur au moins 2 années complètes pour
intégrer toute la variabilité interannuelle. L'effet pollen-analyste pourrait être évalué en réalisant des répétions à
différentes périodes de l'année.
58
3.4.2 - Concentrations polliniques
Pour comparer les 3 stations, 3 approches statistiques ont été mises en œuvre :
• une analyse en composante principale (ACP)
• une ACP "élargie"
• une "comparaison inter-sites dynamique"
3.4.2.1 - Analyse en composante principale
Cette méthode permet de représenter sur un plan une matrice à n individus et p caractères, en rendant compte de la
variabilité des caractères entre individus. Dans le cadre de cette étude, les individus sont les différents sites, et les
caractères sont les abondances polliniques des différents taxa (concentration cumulée sur les 31 semaines d'étude).
Seuls les taxa qui ont une concentration cumulée supérieure à 10 grains de pollen par m3 d'air dans au moins une
des 3 stations ont été retenus (cumul réalisé à partir des données moyennes hebdomadaires). Les autres, c'est-à-dire ceux
qui sont très faiblement représentés, ont été considérés comme d'intérêt mineur soit parce qu'ils ne sont pas originaires
de la zone d'étude, soit parce qu'ils ne fleurissent pas sur la période considérée, soit parce que leur abondance est trop
faible pour avoir des conséquences du point de vue allergologique.
GRAM
PHILLY
ALNUS
SALIX
OLEA
ACER
PINUS
QUERCU
LIGUST
SAMBUC
CELTIS VIBURN
PAPI
Variables
URTI
PLAN
VITIS
SANGUI
ERIC
CORIAR
ARTEMI
PISTAC
AESCUL
BETULA
POPULU
CARPIN
BUXUS
MORA
Axe 1 : 65,09%
Sur le cercle des corrélations (plan 1-2), les taxa se
regroupent en fonction de leur distribution entre site : 2 taxa
proches ont des variations d'abondance entre sites parallèles.
Individus
CORYLU
FAGUS
PICEA
ULMUS
CUPR
TAXUS
CASTAN
Axe 2 : 32,18%
FRAXIN
PLATAN
RUMEX
TAMARI
CYPE ACERnegu
CHEN ROSA
Nîmes
OMBE
FENEST
CRUC
-5
-4
5
4
3
2
1
0
-3
-2
-1 -1 0
-2
-3
Montpellier -4
-5
Perpignan
1
2
3
4
5
59
La projection des individus sur le plan factoriel permet d'évaluer la "distance pollinique" entre les sites. Si on prend
en compte le poids des axes 1 (65,09 % de la variance) et 2 (32,18 % de la variance) on observe :
•
une distance entre Nîmes et Perpignan maximale.
•
une position médiane de Montpellier entre Nîmes et Perpignan.
Les résultats obtenus dans le cadre de l'ACP sont cohérents avec la distance géographique qui existe entre les sites.
En raison du nombre limité de sites, il n'a pas été possible d'interpréter les axes principaux en tant que formations
végétales caractérisant les sites. Par ailleurs, en l'absence d'une référence extérieure à la zone méditerranéenne la
distance entre les 3 stations est difficile à interpréter.
3.4.2.2 - ACP élargie
LYB
MPE
NMS
MPL
PER
Pour mieux interpréter la "distance pollinique" entre les 3
agglomérations étudiées, l'ACP, précédemment réalisée, a été
élargie :
• à la station de Lyon-Bron pour laquelle nous
disposions de données polliniques obtenues dans les mêmes
conditions expérimentales qu'à Nîmes, Montpellier et Perpignan
(intercepteur pollinique de type Cour à 3 mètres de hauteur). Cette
station présente l'avantage d'être relativement proche
géographiquement des précédentes tout en étant caractérisée par
des formations végétales très différentes. Le capteur de LyonBron appartient à l'association française d'étude des Ambroisies
(AFEDA)
• à la station de Montpellier ENSAM (MPE) localisé à
quelques kilomètres de la 1ère station montpelliéraine (MPL).
Cette 2ème station, dans un contexte botanique comparable à
MPL était localisée sur le bâtiment d'arboriculture de l'ENSAM à
20 mètres de hauteur.
60
Variables
CARPINPICEAAESCULBETULA
SAMBUC
ARTEMI
TAXUS
RUMEX
SALIX
ALNUS
URTI
ACER
CASTAN
GRAM
FRAXIN
POPULU
PLATAN ROSA
ULMUS
LIGUST
ACERneguVIBURN
CELTIS
MORA
PAPI
TAMARI **CYPE
CUPR
PINUS
PISTAC
QUERCU
BUXUS
OLEA
Axe 1 : 37,62%
CRUC
CORY
CHEN
Axe 2 : 32,18%
CORIAR
SANGUI
PLAN
VITIS FENEST
FAGUS
ERIC
OMBE
PHILLY
Individus
Les résultats obtenus dans le cadre de cette ACP élargie
nous permettent de relativiser la "distance pollinique" entre nos 3
stations méditerranéennes de Nîmes, Montpellier et Perpignan. La
projection des individus sur le plan factoriel 1/2 traduisent :
•
sur l'axe 1, une opposition entre un groupe
constitué par MPE, NMS et MPL et les 2 autres stations de Lyon
et Perpignan. Cet axe peut se définir comme un axe languedocien
qui oppose les stations languedociennes aux stations nonlanguedociennes.
•
sur l'axe 2 une opposition entre les stations de
Lyon et Perpignan avec les stations languedociennes situées en
position médiane. Cet axe peut se définir comme l'axe de la
"latitudinalité".
4
LYB
3
2
1
MPE NMS
-4
-2
0
MPL
-1
0
2
-2
-3
PER
4
Le regroupement des 3 stations languedociennes confirme
l'originalité de Perpignan par rapport à ce groupe mais pose la
question de la "distance pollinique" entre Nîmes et les 2 stations
montpelliéraines. Nîmes se positionne, en effet, à mi-chemin entre
MPE et MPL alors que ces 2 stations sont beaucoup plus proches
géographiquement l'une de l'autre qu'elles ne le sont de la station
de Nîmes.
-4
61
60
Distance à MPL
NMS
PRN
MPE
LYB
50
40
30
20
10
0
0
4
8
12
16
20
24
Distance à NMS
60
28
PRN
MPL
MPE
LYB
50
40
30
20
10
0
0
4
8
12
16
20
24
Distance à PRN
60
28
MPL
NMS
MPE
LYB
50
40
3.4.2.3 - Comparaison inter-sites dynamique
Pour prendre en compte la cinétique de pollinisation de
chaque taxon, et ne pas se limiter à une seule abondance comme
c'est le cas dans les ACP (concentration cumulée sur les 31
semaines d'étude), une comparaison "dynamique" a été mise en
œuvre.
Pour chaque semaine, la différence de classes d'abondance
entre chaque site a été calculée pour tous les taxa qui ont une
concentration cumulée supérieure à 10 grains de pollen par m3
d'air dans au moins une des 3 stations (cumul réalisé à partir de
données moyennes hebdomadaires).
Pour chaque taxon, les abondances hebdomadaires ont été
regroupées en 9 classes auxquelles ont été attribuées des scores
de 1 à 9. L'évolution de la somme des différences de scores, de
tous les taxa, chaque semaine, donne une idée de la distance entre
2 stations au fil du temps. De plus, la somme des scores
hebdomadaires donne la distance pollinique entre 2 stations en
tenant compte de l'abondance et de la cinétique de pollinisation.
Pour les 5 stations précédemment définies, les résultats
permettent de penser que :
• la distance pollinique entre les stations est toujours forte même
pour les stations proches géographiquement. Elle est toutefois
plus forte pour les stations géographiquement éloignées.
• la distance pollinique entre les stations varie en fonction de la
période. Elle est maximale pour toutes les stations entre les
semaines 10 et 20. C'est à cette période que les différences
polliniques (déphasage des cinétiques + différence d'abondance)
sont les plus fortes.
30
20
10
0
0
4
8
12
16
20
24
28
62
PRN
PRN
NMS
MPL
NMS
0
605
0
MPL
583
422
0
MPE
643
422
400
LYB
753
640
664
Matrice des distances polliniques (somme des scores) entre les stations
de Montpellier, Perpignan et Nîmes.
La matrice des distances (somme des scores) confirme les
résultats précédemment obtenus avec une opposition entre les
stations languedociennes et les 2 autres stations (Lyon et
Perpignan). De même, et comme précédemment, Perpignan est
plus proche des stations languedociennes que de la station
Lyonnaise. La distance entre les 3 stations languedociennes est
toutefois légèrement modifiée : Nîmes s'éloigne légèrement des 2
stations montpelliéraines sans doute en raison de la prise en
compte des cinétiques de pollinisations.
Les 3 approches statistiques mises en œuvre pour tester les différences de concentrations entre les stations de
Nîmes, Montpellier et Perpignan montrent que :
• Perpignan est une station méditerranéenne (plus proche des stations languedociennes que la station
lyonnaise) différente des stations de Nîmes et Montpellier ;
• les 2 stations languedociennes, bien que différentes, se regroupent. La prise en compte d'une 2ème station
montpelliéraine, aussi distante polliniquement de Nîmes que de la 1er station montpelliéraine, ne permet pas
d'appréhender la distance entre Nîmes et Montpellier. Trois hypothèses peuvent être proposées pour
expliquer les distances mesurées :
* les intercepteurs couvrent une zone importante et se trouvent dans la même "zone d'homogénéité
pollinique" Les différences observées correspondent à la variabilité locale que l'on peut considérer comme
négligeable.
* les intercepteurs ont un rayon d'action très limité et donne une image pollinique différente.
* la 2ème station montpelliéraine est localisée sur le bâtiment d'arboriculture de l'ENSAM à 20 mètres
de hauteur, et les différences observées, au niveau des deux stations montpelliéraines, sont attribuables
la localisation des stations.
Dans l'état actuel des connaissances, il est difficile de conclure et la réalisation d'une étude complémentaire
intégrant la hauteur des capteurs devra être réalisée.
63
4.5 – CONCLUSION
L'étude comparative d'implantation des capteurs, réalisée en Languedoc-Roussillon, a permis de poser les bases
d'une démarche scientifique pour comprendre à quelle échelle s'organise une information pollinique. Les résultats
obtenus soulignent l'intérêt de disposer d'une base de données importante et variée pour relativiser les distances
polliniques observées.
Les résultats obtenus en Languedoc-Roussillon montrent que la station de Perpignan est polliniquement
différente des stations de Nîmes et de Montpellier. Les différentes approches statistiques mises en œuvre convergent,
en effet, pour montrer "l'originalité" de cette station qui reste toutefois méditerranéenne.
Les résultats obtenus pour les stations de Nîmes et de Montpellier n'ont pas permis de conclure sur la distance
pollinique entre ces 2 stations. L'apport d'une 2ème station montpelliéraine s'est révélé infructueux. Pour conclure sur
cette distance pollinique, il conviendrait de se placer dans les mêmes conditions expérimentales.
Pour compléter et poursuivre ce travail, il conviendrait aujourd'hui de tester cette démarche méthodologique sur
des bases de données plus larges et plus variées en tenant compte des variations interannuelles. La réussite de ce travail
repose toutefois sur la qualité des enregistrements polliniques.
64
4 - CONCLUSION - PERSPECTIVES
L'étude "Métrologie des pollens dans l'air : étude intercomparative sur la
région Languedoc-Roussillon" sollicitée par la DRASS Languedoc-Roussillon dans le
cadre du plan régional pour la qualité de l'air avait pour objectifs de :
• comparer 2 méthodes de mesure du contenu pollinique de l'air, la
méthode HIRST et la méthode COUR, en mettant l'accent sur : la
répétabilité de chaque méthode ; les écarts potentiels entre les résultats des 2
approches ; les avantages et inconvénients de chaque méthode.
• améliorer les connaissances sur les variations intra-régionales du
contenu pollinique de l’atmosphère en Languedoc-Roussillon afin
d'évaluer les différences dans le contenu pollinique de l'atmosphère des
régions de Nîmes, Montpellier et Perpignan et de fournir des bases
scientifiques pour définir l’architecture du futur réseau régional de mesures
polliniques.
Après une présentation détaillée des méthodes HIRST et COUR, la répétabilité de
ces méthodes a été étudiée selon les protocoles utilisés en France lors de la réalisation
de cette étude16.
Pour ce faire, deux capteurs Lanzoni (méthode Hirst) et deux intercepteurs
(méthode Cour) ont été implantés dans les mêmes conditions expérimentales sur le toit
d'un bâtiment à Montpellier à 20 mètres de hauteur durant 6 semaines. Seules les
données obtenues à partir d'appareils appartenant à une même méthode ont été
comparées entre elles (Hirst 1 avec Hirst 2 puis Cour 1 avec Cour 2).
Pour chaque méthode, une analyse de la richesse taxonomique et des
concentrations polliniques journalières et/ou hebdomadaires ont été successivement
16
En Europe, d’autres protocoles d’analyse sont utilisés pour la méthode Hirst. Ceux-ci sont susceptibles de donner des résultats légèrement différents.
65
réalisées. Une approche statistique robuste, parfaitement adaptée à la nature des
données polliniques, a été développée pour estimer individuellement la répétabilité des
méthodes Hirst et Cour. Une analyse de données classique a été couplée à cette
approche statistique afin de quantifier l’incertitude de la mesure de chaque méthode.
L’approche statistique montre que la méthode Hirst est répétable et que la
méthode Cour est répétable. Une mesure réalisée avec 2 appareils (2 Hirst ou 2 Cour),
en un même lieu et au même moment, donne des résultats (pour chaque appareil)
globalement identiques.
Capteur Lanzoni
Capteur Cour
Mais il existe pour chaque méthode une incertitude de mesure. Cette
incertitude n’est pas constante ; elle varie en fonction de l’abondance. Dans chaque
cas, elle est d’autant plus faible que les concentrations polliniques mesurées sont
élevées.
Dans le cadre de l’évaluation de la qualité de l’air, des directives européennes ont
été mises en place. La directive 1999/30/CEE (du conseil, du 22 avril 1999) fixe à titre
d’orientation pour les programmes d’assurance de la qualité les marges d’exactitude
(incertitude + erreur), en fonction du type de mesure effectué. Ces marges sont données
pour l’anhydride sulfureux, le dioxyde d’azote, les oxydes d’azote, les particules et le
plomb.
Les grains de pollen ayant un diamètre généralement compris entre 20 et 30
micromètres, il est possible de les assimiler à des particules. Si on applique le critère de
qualité européen défini pour la mesure des particules à la mesure des grains de pollen
dans l’air ambiant, les méthodes aéropalynologiques utilisées devraient présenter - en
supposant que l’erreur soit nulle - une incertitude des mesures inférieure ou égale à
±25%, pour un intervalle de confiance de 95%.
Ainsi, si on se place dans un cadre purement métrologique, les résultats
démontrent que la méthode Hirst répond au critère de qualité définis dans le
journal officiel des Communautés européennes de 1999 uniquement lorsque les
concentrations sont supérieures à 50 grains / m3 en données journalières et 5
grains / m3 d’air en données hebdomadaires ; la méthode Cour répond à ce même
critère lorsque les concentrations polliniques hebdomadaires sont supérieures à 1
grain / m3 d’air.
66
Pollen de graminée
Pollen de troène
L'incertitude de mesure est attribuable au nombre de grains de pollen comptés.
Plus ce nombre est petit et plus la probabilité pour que la mesure soit répétable est
faible.
Dans le cas de la méthode Hirst, on peut diminuer l'incertitude de mesure en
augmentant le nombre de lignes au niveau de la lecture microscopique. Ce phénomène
est observé lorsque l’on passe des données journalières aux données hebdomadaires
(moyenne des données journalières sur 7 jours). Cette possibilité d’augmenter le
nombre de lignes, et donc la surface de lecture, est toutefois limitée par la contrainte de
lasurface de la lame. On pourrait de même augmenter le nombre de grains de pollen
captés en augmentant le volume d'air prélevé mais cela demanderait d’augmenter la
taille de la buse d'aspiration et de ré-étalonner l'appareil.
Pour la méthode Cour, on peut de même diminuer l’incertitude de mesure en
augmentant le nombre de lignes analysées à la lecture microscopique et en augmentant
ainsi le nombre de grains de pollen comptés. On peut également augmenter le nombre
de grains de pollen comptés en diminuant le taux de dilution de la solution du culot lors
de l’étape « laboratoire ». Une diminution du temps d’exposition des filtres (exposition
horaire ou journalière) n'aurait aucune incidence sur l'incertitude des mesures compte
tenu du volume d'air échantillonné.
Le deuxième volet de l'étude métrologique a permis de comparer les méthodes
Hirst et Cour, sur le plan de la richesse pollinique et des concentrations hebdomadaires.
Un capteur Lanzoni et un intercepteur Cour ont été implantés dans les mêmes
conditions expérimentales sur le toit d'un bâtiment à 20 mètres de hauteur durant 31
semaines.
Une analyse de données, en fonction de classes de concentrations polliniques et de
la taille des grains de pollen, a été couplée à une approche statistique afin de mesurer
l'écart éventuel entre les deux méthodes.
Les résultats de cette étude révèlent une discordance entre les deux méthodes :
les deux méthodes donnent globalement des résultats différents.
Au niveau de la richesse taxonomique, les mesures réalisées durant 31 semaines
montrent que le nombre de taxa identifié est toujours plus important avec la méthode
Cour. Différentes raisons peuvent être invoquées pour justifier ces différences : la
67
quantité d'air échantillonné (plus importante avec la méthode Cour qu'avec la méthode
Hirst), la pratique d'une acétolyse dans le cas de la méthode Cour qui facilite
l'identification et réduit ainsi le nombre de grains de pollen indéterminés et les erreurs
de détermination. Ces aspects techniques expliquent que la méthode Cour soit
qualitativement plus précise que la méthode Hirst. Selon le cas, cette précision aura une
incidence plus ou moins importante :
• dans le cas d'une confusion, comme entre les Cupressaceae et les Taxaceae
ou entre les ambroisies et les xanthiums, un gain de précision va dans le sens
de la prévention du risque allergique.
• dans le cas d'un échantillonnage plus large, ce sont des taxa rares qui sont
recensés. Sans incidence majeure sur le risque allergique, ces quelques taxa
sont les témoins d'espèces entomophiles ou d'espèces faiblement représentés
dans le paysage. Leur suivi peut permettre de comprendre la diffusion ou la
migration de ces espèces et de mettre en évidence l'arrivée dans une région
d’espèces invasives.
Pollen de bouleau
Pollen de frène
Au niveau des concentrations polliniques, les estimations de la concentration
moyenne, en fonction de 5 classes de concentration, à partir de la méthode Hirst sont
toujours inférieures à celles de la méthode Cour.
Les différences enregistrées entre les 2 méthodes peuvent s'expliquer par de
nombreux facteurs dont l'incertitude des méthodes et/ou une plus ou moins bonne
représentation des taxa en fonction de leur taille et de la vitesse du vent dans le cas de la
méthode Hirst
Pour mieux comprendre les différences enregistrées entre les méthodes Hirst et
Cour, au niveau des concentrations polliniques, il conviendrait aujourd'hui de mesurer
précisément le biais (erreur) de chaque méthode en tenant compte de la vitesse du vent
et de la taille des particules. Les résultats permettraient ainsi de savoir si les écarts
mesurés sont dûs au fait que la méthode Hirst sous-estime les concentrations, ou la
méthode Cour les sur-estime, ou qu’il y a combinaison de ces deux possibilités. Les
travaux entrepris par Hirst, à ce propos, soulignent la difficulté de telles mesures et
nous incite à mieux évaluer les biais et la façon de les compenser.
68
Fleurs d’ambroisie
Pollen d’ambroisie
Un inventaire exhaustif des avantages et des inconvénients des méthodes Hirst et
Cour a été dressé.
Le principal point fort de la méthode Hirst réside dans le pas de mesure qui peut
être adapté (d'horaire à hebdomadaire) sans engendrer de coûts supplémentaires. Cette
méthode, dont le capteur nécessite pour son fonctionnement une source électrique,
permet une bonne observation des grains de pollen et des spores de moisissures. Son
point faible principal est une incertitude de mesure élevée en dessous de 50 grains / m3
d'air en données journalières et de 5 grains / m3 d'air en données hebdomadaires.
Dans le cas de la méthode Cour, le principal point fort réside dans sa fiabilité
(faible incertitude). Son point faible est son coût, si l'on souhaite travailler en données
journalières ainsi que la nécessité de disposer d'un laboratoire équipes de hottes et de
centrifugeuses.
Ces deux méthodes sont complémentaires et peuvent de ce fait être utilisées
conjointement dans certaines études.
Le troisième et dernier volet de ce travail est consacré à une étude comparative
d'implantation des capteurs en Languedoc-Roussillon.
L'étude a été limitée aux 3 principales villes du Languedoc-Roussillon qui
disposaient déjà d'un capteur à pollen de type Lanzoni (stations du Réseau National de
Surveillance Aérobiologique de Nîmes, Montpellier & Perpignan). Pour permettre des
comparaisons directes, sans avoir à prendre en compte les problèmes de localisation des
capteurs, le réseau RNSA a été doublé d'un réseau d'intercepteurs polliniques de type
Cour installés dans les mêmes conditions expérimentales.
Dans un premier temps, un contrôle qualité a été réalisé sur les données
polliniques. Il avait pour objectif d’évaluer la qualité des données polliniques et de
mettre en évidence d’éventuelles erreurs et/ou anomalies. Il portait sur le recueil des
données polliniques, la fiabilité des déterminations polliniques et le bon fonctionnement
des capteurs.
En raison d'un nombre trop important d'erreurs relevés sur les résultats de la
méthode HIRST à Nîmes et à Perpignan, l'étude comparative a dû être limitée à
l’analyse des données provenant de la méthode COUR. Ceci n’a pas de conséquence
sur l’analyse statistique des données.
69
Emission pollinique de cyprès
La richesse taxonomique a été évaluée pour les 3 stations durant 31 semaines.
Dans les 3 stations, on observe : une augmentation du nombre de taxons identifiés au
fil du temps due au nombre croissant d'espèces qui pollinisent parallèlement au
réchauffement de l'atmosphère au printemps ; des fluctuations importantes, d'une
semaine à l'autre, du nombre de taxa identifiés qui reflètent les variations
météorologiques.
La richesse pollinique moyenne relative est plus importante à Perpignan
(105%) et Montpellier (104%) qu'à Nîmes (91%). A Montpellier et Perpignan, la
proximité du littoral méditerranéen et d'un arrière-pays botaniquement varié peuvent
expliquer la richesse pollinique de ces 2 agglomérations. A Nîmes, l'omniprésence de
la garrigue explique peut-être une richesse pollinique relativement moins importante.
Ces résultats doivent toutefois être relativisés compte tenu du nombre limité
d'enregistrements polliniques. En effet, il est difficile à partir d'un nombre restreint de
mesures de tirer des conclusions significatives sur la richesse d'une station sachant
qu'un effet pollen-analyste et/ou qu'un effet année peuvent jouer. Pour confirmer cette
tendance, il conviendrait de réaliser des mesures sur au moins 2 années complètes pour
intégrer toute la variabilité interannuelle. L'effet pollen-analyste pourrait être évalué en
réalisant des répétitions à différentes périodes de l'année.
Trois approches statistiques ont été mises en œuvre pour tester les différences de
concentrations polliniques entre les stations de Nîmes, Montpellier et Perpignan :
• une analyse en composante principale (ACP) ;
• une ACP "élargie" aux stations de Lyon-Bron (référence extérieure à la
zone méditerraéenne) et de Montpellier ENSA, pour mieux interpréter la
"distance pollinique" entre les 3 agglomérations étudiées ;
• une "comparaison inter-sites dynamique" prenant en compte la cinétique de
pollinisation de chaque taxon.
Pollen de cyprès
Les résultats obtenus montrent que la station de Perpignan est polliniquement
différente des stations de Nîmes et de Montpellier. Les différentes approches
statistiques mises en œuvre convergent pour montrer "l'originalité" de cette station qui
reste toutefois méditerranéenne.
70
Les résultats obtenus pour les stations de Nîmes et de Montpellier n'ont pas
permis de conclure sur la distance pollinique entre ces 2 stations. L'apport d'une
2ème station montpelliéraine s'est révélé infructueux. Pour conclure sur cette distance
pollinique, il serait nécessaire de se placer dans les mêmes conditions expérimentales.
Pour compléter et poursuivre ce travail, il conviendrait aujourd'hui de tester cette
démarche méthodologique sur des bases de données plus larges et plus variées en tenant
compte des variations interannuelles. La réussite de ce travail repose toutefois sur la
qualité des enregistrements polliniques.
71
BIBLIOGAPHIE
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74
ANNEXE
Annexe 1
Etude de la répétabilité des méthodes Hirst et Cour
Liste des taxa retenus pour l'analyse des do nnées
Site de Mo ntpellier ENSAM - Exposition du 24/06/02 au 5/08/02
BORAGINACEAE
CANNABACEAE
CHENOPODIACEAE
BRASSICACEAE
CUPRESSACEAE
CYPERACEAE
ERICACEAE
POACEAE (GRAMINAE)
LABIAE
MORACEAE
OMBELLIFERES
PAPAVERACEAE
PAPILIONACEAE
RANUNCULACEAE
RUBIACEAE
URTICACEAE
ACER / ROSACEAE
AESCULUS
ALNUS
ARTEMISIA
CASTANEA
CENTAUREA
CEREALES
CORYLUS
ASTERACEAE ECHINULES
EUCALYPT US
FAG US
ASTERACEAE FENESTRES
HEDERA
LIGUSTRUM
MERCURIALIS
MONO COTYLEDONES
OLEA
PHILLYREA
PICEA
PINUS
PIST ACIA
PLANTAG O
PLATANUS
QUERCUS
RUMEX
SAMBUCUS
TILIA
TSUGA
TYPHA
ULMUS
VITI S
75
Annexe 2
Liste des taxa déterminés avec les méthodes Cour et Hirst
Site de Montpellier ENSAM - Exposition du 31/12/01 au 5/08/02
ABIES
ACACIA
ACER
ACER NEGUNDO
AESCULUS
AILANTHUS
ALNUS
AMBROSIA
APIACEAE (OMBELLIFERES)
ARECACEAE (PALMEAE)
ARTEMISIA
BETULA
BORAGINACEAE
BRASSICACEAE (CRUCIFÈRES)
BROUSSONETIA
BUDDLEYA
BUXUS
CALLUNA
CANNABACEAE
CARPINUS
CARYOPHYLLACEAE
CASTANEA
CEDRUS
CELTIS
CENTAUREA
CEREALES
CHENOPODIACEAE
CISTACEAE
CISTUS
CONVOLVULUS
CORIARIA
CORYLUS
CRASSUL ACEAE
CUCURBITACEAE
CUPRESSACEAE
CYPERACEAE
DAPHNE
DIOSPYROS
DIPSACACIA
ECHIUM
ELAEAGNUS
EPHEDRA
ERICACEAE
EUCALYPTUS
EUPHORBIA
EUPHORBIACEAE
FAGUS
FILIPENDULA
FRAXINUS
FRAXINUS ORNUS
METHODE COUR
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
METHODE HIRST
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
GALIUM
GINKGO
HEDERA
HEL IANTHEMUM
HYPERICUM
ILEX
JUGLANS
JUNCUS
LAGERSTROEMIA
LAMIACEAE
LAMIUM
LARIX
LIGUSTRUM
LIPPIA
LIQUIDAMBAR
LONICERA
LOT US
MELIA
MERCURIALIS
MIMOSACEAE
MONOCOTYLEDONES
MONOLETES
MORACEAE
MORUS
MYRTUS
OLEA
OSTRYA
OXALIS
PAPAVERACEAE
PAPILIONACEAE
PARTHENOCISSUS
PHILLYREA
PHOENIX
PICEA
PINUS
PISTACIA
PLANTAGO
PLATANUS
POACEAE (GRAMINAE)
POLYGONUM
POPULUS
POTERIUM
PRI MULACEAE
PSEUDOTSUGA
PUNICA
QUERCUS
QUERCUS caducifolié
QUERCUS sem perviren s
RANUNCULACEAE
RESEDA
RHAMNUS
RHEUM
METHODE COUR
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
METHODE HIRST
+
+
+
+
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+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
RHUS / SCHINUS
RICINUS
ROSACEAE
ROSMARINUS
RUBIACEAE
RUMEX
SALIX
SAMBUCUS
SANGUISORBA
SCABIOSA
SCROFULARIACEAE
SEDUM
SOLANUM
SYMPHYTUM
TAMARIX
TAXODIUM
TAXUS
TILIA
TRILETES
TSUGA
TYPHA
ULMUS
URTICA pilulifera
URTICACEAE
VERBASCUM
VIBURNUM
VITIS
XANTHIUM
ZIZIPHUS
METHODE COUR
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
METHODE HIRST
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
76
Annexe 3
Comparaison des méthodes Hirst et Cour
Liste des taxa retenus pour l'analyse des données
BORAG INACEAE
CANNABACEAE
CHENOPODIACEAE
BRASS ICACEAE
CUPRESSACEAE
CYPERACEAE
ERICACEAE
POACEAE (GRAMINAE)
MORACEAE
OMBELLIFERE S
PAPAVERACEAE
RANUNCULACEAE
URTICACEAE
ACER / ROSACEAE
AESCULUS
ALNUS
BETULA
BUXUS
CARPINUS
CASTANEA
CELTIS
CEREALES
CORYLUS
EUCALYPTUS
FAGUS
FRAXINUS
JUGLANS
LIGUSTRUM
MERCURIALIS
MONOCOTYLEDONES
PHILLYREA
PICEA
PINUS
PISTACIA
PLANTAGO
PLATANUS
POPULUS
QUERCUS
RHAMNUS
RUMEX
SALIX
SAMBUCUS
TAMARIX
TILIA
TYPHA
ULMUS
VITIS
77
Annexe 4
Comparaison des méthodes Hirst et Cour
Liste des taxa retenus pour l'analyse des données
en fonction de la taille des pollens
GROS POLLENS (>40)
CEREALES (60)
PINUS (50)
PICEA (50)
TILIA (45)
FAGUS (43)
JUGLANS (42)
POLLENS MOYENS (20< ; >40)
BORAGINACEAE
CANNABACEAE
CHENOPODIACEAE
BRASSICACEAE
CUPRESSACEAE
CYPERACEAE
ERICACEAE
POACEAE (GRAMINAE)
OMBELLIFERES
PAPAVERACEAE
RANUNCULACEAE
ACER / ROSACEAE
AESCULUS
ALNUS
BETULA
BUXUS
CARPINUS
CELTIS
CORYLUS
FRAXINUS
LIGUSTRUM
MERCURIALIS
OLEA
PISTACIA
PLANTAGO
POPULUS
QUERCUS
RHAMNUS
SALIX
TAMARI
TYPHA
ULMUS
VITIS
PETITS POLLENS (=<20)
URTICACEAE (15)
MO RACEAE (16)
CASTANEA (16)
EUCALYPTUS (20)
PHILLYREA (20)
PLATANUS (20)
RUMEX (20)
SAMBUCUS (20)
78

Métrologie des pollens dans l`air

Transcription

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