Prédiction de la concentration de pollens en France à l'aide du Machine Learning, fondée sur les données climatologiques, géographiques et sur la phénologie de végétation

par Shiu Ying (Lu dac)

Projet de thèse en Informatique

Sous la direction de Mounim El Yacoubi.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Télécom SudParis (France) (laboratoire) , ARMEDIA (equipe de recherche) et de Institut national des télécommunications (Evry) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Plus de 20% de la population française souffre d'allergies respiratoires, à cause des pollens allergéniques. La plupart des sujets atteints de pollinose présentent des symptômes de conjonctivite, de rhinite ou d'asthme. Ces symptômes impactent la santé des personnes, ce qui affecte leurs activités quotidiennes : sommeil, travail, études, loisirs. La pollution atmosphérique explique partiellement cette tendance à la hausse. Les polluants atmosphériques peuvent réagir sur les pollens en modifiant leur structure biochimique et donc leur allergénicité. Dans le même temps, l'air pollué affaiblit les muqueuses respiratoires humaines en altérant la sensibilité immunologique, ce qui donne ainsi un terrain favorable aux grains de pollen (1). D'autres facteurs communs ayant un impact sur ces symptômes sont dus aux conditions météorologiques et climatiques, ainsi qu'aux périodes saisonnières de déhiscence du pollen. En conséquence, la fièvre des foins (pollinose) s'est multipliée au cours des dix dernières années. D'autre part, tous les pollens ne sont pas allergènes. Parmi les pollens allergènes, on peut nommer quelques-uns : Ambroisie, Aulne, Bouleau, Cyprès, Olivier, Graminées. Pour provoquer une réaction allergique, il faut prendre en compte une grande quantité de pollens. Le principe de base repose donc sur la mesure de la concentration en pollens de différents taxons, en termes du nombre de grains par mètre cube. L'évaluation des incertitudes et donc des estimations des périodes de germination du pollen et des pics saisonniers du pollen sont essentielles pour la santé publique. Elle permet au gouvernement d'établir des plans de prévention contre les risques d'allergie et de fournir des recommandations de base aux citoyens pour qu'ils s'adaptent aux bonnes pratiques de maintien d'une vie saine. L'un des principaux objectifs du projet est de cartographier la végétation pour une sélection d'espèces de pollen en France. L 'objectif est de prédire le nombre de grains de pollen par mètre cube pour les espèces sélectionnées à un endroit, une date et une heure spécifiques. Un objectif de haut niveau est de contribuer au plan de prévention de la rhinite allergique (rhume des foins) et de l'asthme dus à la pollinisation de certaines plantes, arbres et herbes. (1) Les polluants atmosphériques exercent de nombreuses actions sur les aéroallergènes : ils peuvent notamment augmenter le nombre d'allergènes présents dans les grains de pollen et leur capacité à être libérés dans l'atmosphère. Certains polluants ont un effet direct ou indirect sur les individus : en irritant les voies respiratoires et la peau, la pénétration d'allergènes de pollen dans le corps humain peut être facilitée par la présence de polluants. De plus, les humains produisent une quantité importante de CO2 chaque jour : si le CO2 dépasse 200 ppm (chaque ppm = 1 milligramme / kg), cela aura un impact et perturbera le schéma normal de production de pollen des arbres, ces derniers augmentant leurs production (de pollens) et ce dans un style prolongé (c'est-à-dire plus tôt et durant plus longtemps).

  • Titre traduit

    Prediction of Pollen Concentration in France with Machine Learning according to climate, geography and vegetation phenology


  • Résumé

    More than 20% of people in France suffer from respiratory allergy, due to allergenic pollens which impact people's health with effect on their daily activities during sleep, work, study, and how their leisure time is spent. Assessing the uncertainties and hence the estimates of pollen-sprouting periods and pollen seasonal spikes are essential for public health, both in the form of advisories and public information campaigns but also planning purposes. The model, if successful, will allow better understanding of the key factors potentiating allergic risks and enable the government to provide better recommendations for its citizens with policies supporting healthy life, reducing lost productivity due to illness, and minimizing use of medical resources related to the health impact of pollens and pollutants. There is recent recognition regarding the role of pollutants (2) and interactions between pollens of different plant species leading to the increased rates of conjunctivitis, rhinitis and asthma. This will be the first time that scientific models will be created that not only take into account pollens and pollutants (NOx, PM1, PM2.5, PM10, BC etc.) but also geographical and climatological conditions. Once validated, the model will allow better understanding of the role of climate and geographic topography on pollen distribution in the environment, that could lead the government of France to have a better understanding of what prevention campaigns could be put into place. The model allows an opportunity for researchers to test hypothesis regarding implementation of potential initiatives regarding pollution control, as well as short and long term agricultural and land use policies. Not all pollens are allergenic. Regarding the allergenic ones, we can name some of them: Ambroisia (Ragwood), Alder, Birch, Cypress, Olive, Grasses. To provoke an allergic reaction, the concentration of pollens needs to be considered. The standard measurement is expressed as number of grains per cubic meter. One of the goals of the project is to map the pollen in the environment and develop a model to predict the number of pollen grains per cubic meter for each species at a specific location, date and time. A high-level purpose is to contribute to the prevention plan of allergic rhinitis (hay fever), and asthma due to pollination of certain plants, trees and grasses. (2) Air pollutants exert many actions upon aeroallergens. In particular, they may increase the number of allergens inside pollen grains and their ability to be released in the atmosphere. Some pollutants have a direct or indirect effect upon the individuals. By irritating the airways and skin, the penetration of pollen allergens into the human body can be facilitated when pollutants are present. Also, as we release a quite important amount of CO2 every day, and knowing that if CO2 surpasses 200 ppm (each ppm = 1 milligram/ kg), it will impact the production paradigm of pollen of trees, these two factors increase the quantity (of pollens) the increase being in a prolonged state (i.e. earlier and lasting longer).