Une nouvelle étude NASA/université sur les émissions de dioxyde de carbone pour 20 grandes villes du monde fournit la première étude directe, des preuves satellitaires qu'à mesure que la densité de population d'une ville augmente, le dioxyde de carbone qu'il émet par personne diminue, à quelques exceptions notables près. L'étude montre également comment les mesures par satellite de ce puissant gaz à effet de serre peuvent donner aux villes à croissance rapide de nouveaux outils pour suivre les émissions de dioxyde de carbone et évaluer l'impact des changements de politique et des améliorations des infrastructures sur leur efficacité énergétique.

Les villes représentent plus de 70 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone associées à la production d'énergie, et rapide, l'urbanisation en cours augmente leur nombre et leur taille. Mais certaines villes densément peuplées émettent plus de dioxyde de carbone par habitant que d'autres.

Pour mieux comprendre pourquoi, les scientifiques atmosphériques Dien Wu et John Lin de l'Université de l'Utah à Salt Lake City ont fait équipe avec des collègues du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland et l'Université du Michigan à Ann Arbor. Ils ont calculé les émissions de dioxyde de carbone par habitant pour 20 zones urbaines sur plusieurs continents à l'aide des estimations de dioxyde de carbone récemment disponibles du satellite Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) de la NASA, géré par le Jet Propulsion Laboratory de l'agence à Pasadena, Californie. Des villes couvrant une gamme de densités de population ont été sélectionnées en fonction de la qualité et de la quantité de données OCO-2 disponibles pour elles. Les villes avec une végétation minimale ont été préférées car les plantes peuvent absorber et émettre du dioxyde de carbone, compliquer l'interprétation des mesures. Deux villes américaines ont été incluses :Las Vegas et Phoenix.

De nombreux scientifiques et décideurs politiques ont supposé que la meilleure façon d'estimer et de comprendre les différences d'émissions de dioxyde de carbone dans les grandes villes était d'employer une approche « de bas en haut », dresser un inventaire des émissions de combustibles fossiles produites par les installations industrielles, fermes, le transport routier et les centrales électriques. La méthode ascendante était la seule approche réalisable avant que les ensembles de données de télédétection ne soient disponibles. Cette approche peut fournir des estimations d'émissions par type de combustible (charbon, huile, gaz naturel) et le secteur (production d'électricité, transport, fabrication) mais peut manquer certaines émissions, en particulier dans les zones urbaines en développement rapide.

Mais pour cette étude, les chercheurs ont plutôt utilisé une approche « descendante » pour inventorier les émissions, en utilisant des estimations obtenues par satellite de la quantité de dioxyde de carbone présente dans l'air au-dessus d'une zone urbaine lorsque le satellite survole.

"D'autres personnes ont utilisé les statistiques de carburant, le nombre de kilomètres parcourus par une personne ou la taille des maisons pour calculer les émissions par habitant, ", a déclaré Lin. "Nous regardons depuis l'espace pour mesurer réellement la concentration de dioxyde de carbone au-dessus d'une ville."

Publié le 20 février dans la revue Lettres de recherche environnementale , l'étude a révélé que les villes avec des densités de population plus élevées ont généralement des émissions de dioxyde de carbone par habitant plus faibles, conformément aux précédentes études ascendantes basées sur les inventaires d'émissions. Mais les données satellitaires ont fourni de nouvelles informations.

"Notre question motivante était essentiellement :quand les gens vivent dans des villes plus denses, émettent-ils moins de dioxyde de carbone ? La réponse générale de notre analyse suggère, Oui, les émissions des villes plus denses sont plus faibles, " a déclaré Eric Kort, chercheur principal et professeur agrégé de sciences et d'ingénierie du climat et de l'espace à l'Université du Michigan. "Ce n'est pas une image complète, puisque nous ne voyons que des émissions directes locales, mais notre étude fournit une évaluation observationnelle directe alternative qui manquait totalement auparavant. »

Le facteur de densité

Les scientifiques ont émis l'hypothèse que les zones urbaines plus densément peuplées émettent généralement moins de dioxyde de carbone par personne parce qu'elles sont plus économes en énergie :c'est-à-dire moins d'énergie par personne est nécessaire dans ces zones en raison de facteurs tels que l'utilisation des transports en commun et le chauffage et la climatisation efficaces des logements multifamiliaux. Les données satellitaires peuvent améliorer notre compréhension de cette relation car elles décrivent les émissions combinées de toutes les sources. Ces informations peuvent être incorporées avec des sources plus spécifiques, des inventaires ascendants pour aider les gestionnaires municipaux à planifier une croissance plus économe en énergie et à développer de meilleures estimations des futures émissions de dioxyde de carbone.

Les données OCO-2 montrent que toutes les zones urbaines densément peuplées n'ont pas des émissions par habitant plus faibles, toutefois. Villes dotées d'importantes installations de production d'électricité, comme Yinchuan, Chine, et Johannesbourg, avaient des émissions plus élevées que ce que leur densité de population suggérerait autrement.

"Le satellite détecte le panache de dioxyde de carbone à la centrale électrique, pas à la ville qui utilise réellement l'électricité, " dit Lin.

"Certaines villes ne produisent pas autant de dioxyde de carbone, compte tenu de leur densité de population, mais ils consomment des biens et des services qui donneraient lieu à des émissions de dioxyde de carbone ailleurs, " ajouta Wu.

La richesse est une autre exception à l'observation d'une densité de population plus élevée et d'émissions plus faibles. Une zone urbaine riche, comme Phénix, produit plus d'émissions par habitant qu'une ville en développement comme Hyderabad, Inde, qui a une densité de population similaire. Les chercheurs pensent que les émissions par habitant plus élevées de Phoenix sont dues à des facteurs tels que des taux de conduite plus élevés et des des maisons mieux climatisées.

Regarder vers l'avant

Les chercheurs soulignent qu'il y a encore beaucoup à apprendre sur les émissions urbaines de dioxyde de carbone. Ils croient que les nouvelles données du successeur d'OCO-2, OCO-3, qui a été lancé vers la Station spatiale internationale l'année dernière, ainsi que les futures missions spatiales d'observation du dioxyde de carbone, peut faire la lumière sur des solutions potentielles pour atténuer les émissions de carbone des villes.

"Beaucoup de gens s'intéressent aux émissions de dioxyde de carbone des grandes villes, " Wu a dit. " De plus, il y a quelques endroits avec des émissions élevées qui ne sont pas nécessairement liées à la population. Les satellites peuvent détecter et quantifier les émissions de ces endroits dans le monde. »

Lancé en 2014, OCO-2 gathers global measurements of atmospheric carbon dioxide—the principal human-produced driver of climate change—with the resolution, precision and coverage needed to understand how it moves through the Earth system and how it changes over time. From its vantage point in space, OCO-2 makes roughly 100, 000 measurements of atmospheric carbon dioxide over the globe every day. JPL manages OCO-2 for NASA's Science Mission Directorate in Washington.

While OCO-2 wasn't optimized to monitor carbon emissions from cities or power plants, it can observe these targets if it flies directly overhead or if the observatory is reoriented to point in their direction. En revanche, OCO-3, which has been collecting daily measurements of carbon dioxide since last summer, features an agile mirror-pointing system that allows it to capture "snapshot maps." In a matter of minutes, it can create detailed mini-maps of carbon dioxide over areas of interest as small as an individual power plant to a large urban area up to 2, 300 square miles (6, 400 square kilometers), such as the Los Angeles Basin, something that would take OCO-2 several days to do.