Etude des interactions entre le climat urbain et le CO2 : modélisation des flux de CO2 et application à l'échelle d'une ville
Goret, Marine
Study of interactions between the urban micro-climate and carbon dioxide : CO2 fluxes modelling and practical application at the city scale
Climat et CO2 sont intimement liés. Le lien entre les deux et si bien établi que les objectifs de limitation du réchauffement climatique s'expriment en quantité maximale d'équivalent CO2 que l'on s'autorise à émettre. La quantité de CO2 présente dans l'atmosphère à un instant donné est le résultat d'échanges et d'équilibres complexes entre l'atmosphère et la surface terrestre. Cette dernière est composée non seulement des océans, de la végétation et des sols naturels mais également des villes. Les échanges entre l'atmosphère et les surfaces urbaines proviennent majoritairement de quatre contributeurs : les émissions des bâtiments, le trafic routier, la respiration humaine et la végétation urbaine. Deux de ces contributeurs dépendent du climat : les bâtiments et la végétation. En effet, aux hautes et aux moyennes latitudes, les émissions des bâtiments sont fortement liées au chauffage, et fluctuent donc avec la température extérieure. La végétation quant à elle croît et s'épanouit plus ou moins vite en fonction des conditions météo-climatiques et plus particulièrement de la température, des précipitations et de l'ensoleillement. Le CO2 émit par la ville est ensuite transporté à travers l'atmosphère suivant la circulation atmosphérique locale qui est le résultat de la situation synoptique modifiée par la présence de la ville. Il existe donc, à l'échelle de la ville, des interactions fortes entre climat et CO2 : le bilan carbone de la ville dépend du climat local, et le transport du CO2 à travers l'atmosphère est influencé par la circulation atmosphérique induite par la ville. Cette thèse vise à étudier ces interactions. Pour cela, on a ajouté la modélisation des échanges de CO2 entre les surfaces urbaines et l'atmosphère dans le modèle de micro-climat urbain TEB. Cela a permis de vérifier que les processus physiques qui relient les émissions/captations de CO2 en ville et le climat urbain étaient bien identifiés et compris. Le modèle a été évalué sur deux cas d'étude permettant chacun d'évaluer plus spécifiquement l'un des contributeurs aux échanges de CO2 ville/atmosphère qui soit météosensible : les bâtiments sur le site de Toulouse, et la végétation sur le site de Kumpula (Finlande). Ces deux sites ont prouvé la capacité du modèle à reproduire les échanges de CO2 entre les surfaces urbaines et l'atmosphère ainsi que leurs cycles journaliers et saisonniers. Le site de Toulouse a souligné l'importance de connaître finement le comportement énergétique des habitants pour simuler les émissions de CO2 des bâtiments. Celui de Kumpula a démontré la capacité du modèle ISBA, conçu pour décrire les interactions entre la végétation en milieu non urbain et l'atmosphère, à décrire les échanges de CO2 entre la végétation urbaine et l'atmosphère. Le modèle, ainsi validé, a été utilisé pour réaliser des simulations d'émissions de CO2 par les bâtiments à l'échelle de l'ensemble de l'agglomération urbaine de Toulouse. Ces simulations ont mis à nouveau en évidence l'intérêt de la bonne connaissance des comportements énergétique des habitants : sur notre cas d'étude (quatre jours en hiver), l'abaissement de 2°C de la température de consigne du chauffage la nuit réduit de 33% les émissions de CO2. Lors de ces simulations, le transport du CO2 émis par la ville à travers l'atmosphère a également été suivi. On a ainsi mis en évidence que, malgré une situation météorologique de vent calme, le panache de CO2 créé par la ville se dissipe rapidement (moins d'une journée), ce qui limite l'augmentation de la concentration en CO2 au-dessus de la ville. Des simulations sur d'autres villes sont nécessaires pour savoir si ce résultat se généralise. Lors de cette thèse, on a étudié les interactions climat/CO2 à l'échelle d'une ville. Par la suite, il serait intéressant de réaliser des simulations en climat futur ou bien en mode couplé avec des modèles de climat afin d'étudier les rétroactions entre les liens climat/CO2 aux échelles locale et globale.</p>
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