An Integrated and Spatialized Approach to Identify Potentially Overexposed Population : A Case Study of Chlorpyrifos Contamination

Exposure to pesticides is characterized by the multiplicity of exposure routes (food, water, soil, air) related to their presence in all environmental media. First, for a fine characterization of the environmental exposure, it is necessary to gather within the same analysis system a dataset integrating the population behavior and the local contamination of the environmental media at fine resolutions and on large territories. This integration requires a sufficient toolchain to produce or process these data in a rigorous manner, characterize the entire continuum from the source of contamination, transport, and transfer of contaminants in environmental media, and estimate external and internal exposure doses for the general population. The aim of this work is to establish an integrated methodology for the mapping of exposure indicators at fine spatial and temporal resolutions (1 km² and week) directly comparable with individual biomonitoring measurements from French cohorts. To illustrate the approach, we consider the levels of chlorpyrifos among pregnant women in the Picardy region (France). Results provide insights into the identification of areas of potential overexposure and analysis of environmental determinants, elements useful for public health decision to reduce exposure and thus health and environmental impacts. However, the exposure characterization involves uncertainties regarding modeling assumptions and data measurements. Moreover, the efficiency of exposure modeling can be limited by calculation times. To optimize numerical resolution and reduce uncertainties related to knowledge limits and data representativeness, modeling assumptions and tools need to be reconsidered to improve the methodology and allow future developments

The territorialized exposome concept to characterize cumulative risk at the population level

Risk assessors and risk managers are currently facing two realities: The need to consider the impact of multiple exposures and combined risks, and the substantial growth of environmental data production at the territory level. The exposome concept has been proposed as an emergent exposure science paradigm for conceptualizing the cumulative effects of environmental exposures across the whole human life. The need for risk manager to identify population at-risk in the context of substantial data deficiencies that hinder evaluation of cumulative health risks brings the operational declination of the concept at the territorial scale. The characterization of the territorialized exposome implies the development of dynamic, multidimensional, longitudinal approaches, and information systems that require the adoption of transdisciplinary methods of data analysis. Integrated approaches could bring together all information necessary for assessing the source-to--dose continuum using GIS, multimedia exposure and toxicokinetic model. Different approaches could be considered for screening-level analysis of spatialized cumulative risks based on toxicology data or multivariate approach to combine exposure variables at the population level. Several case studies will be presented in a tiered manner to illustrate organized data processing when the ultimate goal of cumulative risk assessment is to identify overexposed population. Review of toxicology data are conducted in order to group substances or risk factors sharing similar toxicological effect. In other cases, finding a common metric for dissimilar risks is not a strictly analytic process, because judgments must be made as how to link two or more separate scales of risks during a deliberative process, including stakeholders to identify operational actions adapted to the policy objectives

Caractérisation de l’exposition environnementale spatialisée à un pyréthrinoïde en Picardie

Pesticides are present in all areas of the environment and absorbed via many pathways (food, water, soil, and air). To characterize environmental exposures in detail, it is first necessary to combine within the same analysis data on the population’s lifestyles and on the local contamination of environmental media at appropriate resolutions and over large areas. As part of this pilot study,the objective of the CartoExpo project was to test the feasibility of an integrated methodology to map exposure indicators for small-area resolutions and short time intervals. To illustrate the approach, contamination of the general population was studied for a pyrethroid (cypermethrin) in the Picardy region (Northern France). For atmospheric dispersion, an innovative statistical meta-model method was developed, based on a machine learning technique that used a large database of simulations on a representative parcel. The meta-model was then applied to cypermethrin application at three-hourly intervals on all agricultural parcels in the Picardy region. Multimedia exposure models are needed to: 1) estimate emissions from soil and plant volatilization phenomena on agricultural land, 2) quantify contamination of local food products (excluding home vegetable gardens) due to proximity to agricultural land,a nd3)combine external exposures. Characterizing exposure involves numerous uncertainties, primarily about the assumptions underlying the different modeling approaches, and the representativeness and accuracy of the integrated data. Further measured and modeled data are therefore needed to validate the different approaches.Les expositions aux pesticides se caractérisent par la multiplicité des voies d’exposition (alimentation, eau, sol, air) liée à leur présence dans l’ensemble des milieux environnementaux. Pour une caractérisation fine des expositions environnementales, un premier verrou réside dans la capacité à rassembler au sein d’un même système d’analyse un ensemble de données combinant le mode de vie des populations et la contamination locale des milieux environnementaux sur des résolutions spatiales appropriées et des territoires étendus (échelles régionales ou nationales). Dans le cadre de cette étude pilote, l’objectif du projet CartoExpo était de tester la faisabilité d’une méthodologie intégrée pour la cartographie d’indicateurs d’exposition sur des résolutions spatiales et temporelles fines. Pour illustrer la démarche, la contamination de la population générale est étudiée pour un pyréthrinoïde (la cyperméthrine) sur la Picardie en considérant les voies d’ingestion (eau, sol, aliments) et d’inhalation (gaz et aérosol). Pour la dispersion atmosphérique, une méthode innovante de métamodèle statistique a été développée. Elle repose sur une technique d’apprentissage automatique à partir d’une vaste base de données de simulations sur une parcelle élémentaire. Le métamodèle est dans un deuxième temps appliqué aux épandages relevés à une fréquence tri-horaire sur l’ensemble des parcelles agricoles en région Picardie. Des modèles d’exposition multimédia sont nécessaires pour 1) estimer les flux d’émission liés aux phénomènes de volatilisation du sol et des plantes au niveau des parcelles agricoles, 2) quantifier la contamination des produits alimentaires locaux (hors champ : jardin potager) liée à la proximité des parcelles agricoles et 3) combiner l’exposition externe. L’exercice de caractérisation de l’exposition comporte cependant de nombreux manques et incertitudes dont l’impact, dans un sens ou dans l’autre, est à ce stade difficile à quantifier. Le besoin de valider les approches mises en œuvre nécessite de mobiliser des données (mesurées ou modélisées) supplémentaires

Caractérisation des inégalités d'exposition au chlorpyrifos en Picardie

Contexte : Les données spatiales environnementales produites dans le cadre de projets de recherche, de la surveillance des milieux ou des populations peuvent être réutilisées pour évaluer l’exposition des populations sur les territoires. Pour une caractérisation fine des expositions environnementales, un premier verrou réside dans la capacité à rassembler au sein d'un même système d’analyse un ensemble de données combinant le mode de vie des populations et la contamination locale des milieux environnementaux sur des résolutions spatiales appropriées et des territoires étendus (échelles régionales). Méthodes : L’objectif est de décliner sur les territories une approche intégrée de modélisation de l’exposition aux substances chimiques sur des résolutions spatio-temporelles fines. D'une part, elle permet d’intégrer des bases de données environnementales (eau, air, sol, alimentation) et de les agréger sur des supports géographiques communs. D'autre part, elle permet d'estimer l’exposition des populations jusqu'à l'exposition interne à l'organe cible à partir du croisement des modèles de transport, de transfert, d'exposition multimedia et toxicocinétique pour caractériser le continuum source-environnement-homme. Résultats : Pour illustrer cette approche, le cas d'étude porte sur l'exposition au chlorpyrifos de la population générale dans l'ancienne région Picardie pour une année type (2013). Les zones d’expositions les plus élevées sont à proximité des parcelles sur lesquelles la substance est potentiellement plus épandue. La voie majoritaire correspond à la voie d’ingestion. Les cartographies obtenues permettent de confronter les doses internes aux données de biosurveillance (MecoExpo, HypoMeco, Elfe). Conclusions : Cette démarche intégrée d'évaluation de l'exposition fournit des éléments d'interprétation des inégalités environnementales dans une visée d'aide à la décision pour réduire les expositions. Cependant, la caractérisation de l'exposition comporte de nombreuses incertitudes au regard des données de mesures et des hypothèses de modélisation qui la sous-tend. Le besoin de mobiliser des données supplémentaires et de mieux évaluer les phénomènes de transfert devient nécessaire pour améliorer la représentativité des estimations

Design of an Integrated Platform for Mapping Residential Exposure to Rf-Emf Sources

Nowadays, information and communication technologies (mobile phones, connected objects) strongly occupy our daily life. The increasing use of these technologies and the complexity of network infrastructures raise issues about radiofrequency electromagnetic fields (Rf-Emf) exposure. Most previous studies have assessed individual exposure to Rf-Emf, and the next level is to assess populational exposure. In our study, we designed a statistical tool for Rf-Emf populational exposure assessment and mapping. This tool integrates geographic databases and surrogate models to characterize spatiotemporal exposure from outdoor sources, indoor sources, and mobile phones. A case study was conducted on a 100 × 100 m grid covering the 14th district of Paris to illustrate the functionalities of the tool. Whole-body specific absorption rate (SAR) values are 2.7 times higher than those for the whole brain. The mapping of whole-body and whole-brain SAR values shows a dichotomy between built-up and non-built-up areas, with the former displaying higher values. Maximum SAR values do not exceed 3.5 and 3.9 mW/kg for the whole body and the whole brain, respectively, thus they are significantly below International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) recommendations. Indoor sources are the main contributor to populational exposure, followed by outdoor sources and mobile phones, which generally represents less than 1% of total exposure

Characterizing environmental geographic inequalities using an integrated exposure assessment

International audienceBackground: At a regional or continental scale, the characterization of environmental health inequities (EHI) expresses the idea that populations are not equal in the face of pollution. It implies an analysis be conducted in order to identify and manage the areas at risk of overexposure where an increasing risk to human health is suspected. The development of methods is a prerequisite for implementing public health activities aimed at protecting populations.Methods: This paper presents the methodological framework developed by INERIS (French National Institute for Industrial Environment and Risks) to identify a common framework for a structured and operationalized assessment of human exposure. An integrated exposure assessment approach has been developed to integrate the multiplicity of exposure pathways from various sources, through a series of models enabling the final exposure of a population to be defined.Results: Measured data from environmental networks reflecting the actual contamination of the environment are used to gauge the population's exposure. Sophisticated methods of spatial analysis are applied to include additional information and take benefit of spatial and inter-variable correlation to improve data representativeness and characterize the associated uncertainty. Integrated approaches bring together all the information available for assessing the source-to-human-dose continuum using a Geographic Information System, multimedia exposure and toxicokinetic model.Discussion: One of the objectives of the integrated approach was to demonstrate the feasibility of building complex realistic exposure scenarios satisfying the needs of stakeholders and the accuracy of the modelling predictions at a fine spatial-temporal resolution. A case study is presented to provide a specific application of the proposed framework and how the results could be used to identify an overexposed population

Caractérisation de l’exposition environnementale spatialisée aux pyréthrinoïdes en Picardie

L’utilisation de produits phytosanitaires en agriculture, en usage domestique et par divers autres acteurs contribue à la contamination de l’ensemble des milieux environnementaux. Les expositions aux pesticides se caractérisent par une multiplicité des voies (alimentation, eau, sol, air). Pour une caractérisation fine des expositions environnementales, un premier verrou réside dans la capacité à rassembler au sein d’un même système d’analyse un ensemble de données combinant le mode de vie des populations et la contamination locale des milieux environnementaux sur des résolutions spatiales appropriées et des territoires étendus. Dans le cadre de cette étude pilote, l’objectif du projet CartoExpo était de tester la faisabilité d’une méthodologie intégrée pour la cartographie d’indicateurs d’exposition sur des résolutions spatiales et temporelles fines. Pour illustrer la démarche, la contamination de la population générale est étudiée pour deux pesticides cumulés (la cyperméthrine et la deltaméthrine)..

Spatio-temporal assessment of pregnant women exposure to chlorpyrifos at a regional scale

International audienc

Conférence sur les environnements bâtis, naturels et sociaux 18-23 août 2019, Kaunas (Lituanie)

International audienceDu 18 au 23 août 2019 s’est tenue à Kaunas, en Lituanie, la conférence intitulée « Les environnements bâtis, naturels et sociaux : impacts sur les expositions, la santé et le bien-être ». Ce colloque était commun à deux sociétés savantes : l’International Society of Exposure Science (ISES) et l’International Society of Indoor Air Quality and Climate (ISIAQ)