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Mieux détecter et modéliser les bioaérosols pour améliorer les prévisions et les mesures d’atténuation

Les spores émises par les champignons et présentes dans l’atmosphère ont des répercussions à la fois sur la santé humaine (ce sont des aéroallergènes) et sur celle des plantes (elles sont pathogènes). Le projet SUPREME a élaboré un drone équipé d’un système de détection d’ADN et d’une technologie de modélisation qui font progresser la connaissance scientifique et facilitent la mise en place d’une stratégie d’intervention en amont.
Mieux détecter et modéliser les bioaérosols pour améliorer les prévisions et les mesures d’atténuation
L’application de la technologie de détection d’ADN aux bioaérosols a permis aux scientifiques d’en savoir beaucoup plus sur leur grande diversité et de réunir des informations jusqu’ici impossibles à obtenir.

Pour poursuivre ces travaux, une des tâches les plus ambitieuses consiste à recueillir des bioaérosols sur le terrain. Pour élaborer une solution permettant aux scientifiques d’analyser de manière pertinente les spores émises par les champignons, le projet SUPREME, financé par l’UE, a conçu et testé un véhicule aérien sans pilote (UAV) pour recueillir des échantillons de ces bioaérosols. Les données collectées ont été combinées avec des données préexistantes afin de développer et d’appliquer un modèle mathématique qui pourrait expliquer les émissions de spores fongiques comme une conséquence des récoltes.

Outre le fait qu’elles apportent de nouvelles connaissances scientifiques, ces approches basées sur l’ADN permettent également de mieux cibler les mesures d’atténuation destinées à réduire les impacts sur les hommes et les plantes.

Décollage immédiat

Les UAV ont été conçus en collaboration avec une entreprise privée. Expliquant le processus, le professeur Carsten Skjoth, coordinateur du projet et titulaire d’une bourse Marie-Curie, rappelle «nous avons commencé par définir les éléments indispensables qu’il devait observer, puis nous avons examiné des paramètres comme: quelle quantité de spores il devrait manipuler».

Cela a abouti à un drone sur mesure, à bas coût, capable de voler sur de longues périodes de temps et très efficace pour recueillir de grandes quantités de spores. Cependant, son pilotage reste une gageure dans la mesure où il lui faut un large espace ouvert pour évoluer, ce qui est difficile à trouver dans les régions étudiées. En outre, son lancement peut demander beaucoup de temps et sa manipulation nécessite la présence de deux personnes.

Comme le souligne le professeur Skjoth: «Honnêtement, c’est un succès mitigé, mais nous avons beaucoup appris. Nous savons qu’il est possible de construire un drone plus adapté à notre objectif à condition de trouver un compromis entre le temps de vol d’une part et la facilité d’utilisation et la rapidité de lancement d’autre part».

Le projet a également mis au point la première mouture d’une nouvelle génération de modèles atmosphériques applicables à l’échelle mondiale, capables de fournir des données de manière simultanée et cohérente pour des recherches aussi bien dans le domaine physique que chimique ou biologique.

Ce modèle de transport atmosphérique (Biochem) fonctionne et peut manipuler avec succès des bioaérosols présentant plusieurs degrés de complexité, en fonction des axes de recherches définis. De fait «l’outil de modélisation est sans doute le plus perfectionné du genre, potentiellement aussi complexe que les modèles de chimie atmosphérique, dans la mesure où il est possible d’y associer la détection, en utilisant une approche ADN. Bien qu’il ouvre de nouvelles pistes de recherche, il peut aussi être utilisé comme un simple outil de prévision. Cette application est actuellement mise en pratique dans le cadre du projet PollerGEN qui travaille sur les graminées», ajoute le professeur Skjoth.

De la recherche fondamentale aux modèles de prévision

Le nouvel outil de modélisation de SUPREME pourrait bien être une des pierres angulaires des modèles de prévision en matière de bioaérosols au Royaume-Uni. Ce modèle fonctionne également comme un outil de recherche perfectionné et efficace pour mener des études sur des questions scientifiques fondamentales en lien avec la santé humaine, comme le co-exposition (exposition combinée à la pollution atmosphérique et aux pollens) ou les effets des bioaérosols sur le climat (présent et à venir). Il permet également une séparation des spores en sous-groupes qui ne peut être obtenue avec des microscopes optiques.

«Notre modèle atmosphérique perfectionné, les techniques de détection d’ADN et de nouvelles approches de la détection d’émissions, offrent tous un potentiel intéressant en eux-mêmes, mais, combinés, ils pourraient révolutionner ce domaine et produire des résultats scientifiques avec un impact réellement positif sur la société», conclut le professeur Skjoth.

L’équipe examine aujourd’hui plus en détail comment les données satellitaires peuvent être combinées avec les méthodes de pointe de détection et de modélisation afin d’offrir de nouvelles perspectives. En outre, de nouvelles approches pour des techniques ADN pour analyser des bioaérosols sont en cours de test. Deux nouvelles méthodes pour la détection d’émissions de pollen et de spores doivent être mises au point cette année dans le cadre d’une étude pilote et être appliquées à plus grande échelle en 2019.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

SUPREME, drone, véhicule aérien sans pilote, modèle, spores fongiques, bioaérosol, ADN, aéroallergènes, pathogènes, atmosphère, prévisions