Les milieux urbains sont à l'avant-garde de la croissance économique, de l'innovation culturelle et de l'interaction sociale, mais paradoxalement, ils sont devenus les principaux facteurs du changement climatique mondial.Plus de la moitié de la population mondiale résidant dans des villes qui occupent seulement 2 à 3 % de la surface de la Terre, l'empreinte environnementale des zones urbaines est disproportionnée.Les villes consomment environ 78 % de l'énergie primaire mondiale et sont responsables de plus de 60 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) mondiales.

Sources principales d'émissions de gaz à effet de serre dans les zones urbaines

Les émissions de gaz à effet de serre en milieu urbain proviennent d'une interaction complexe entre divers secteurs, influencée par des facteurs tels que la taille des villes, la situation économique, les infrastructures et le climat local.

Transports et mobilité personnelle

Les transports demeurent l'une des plus grandes sources urbaines d'émissions de dioxyde de carbone (CO2), en particulier dans les villes fortement tributaires des véhicules privés. La combustion d'essence et de carburant diesel dans les voitures, les camions, les autobus, les taxis et les véhicules de transport de marchandises émet un important CO2 ainsi que des polluants climatiques à courte durée de vie (PLSC) tels que le carbone noir.

Dans de nombreuses villes, la dépendance à l'égard des véhicules privés est ancrée dans des options de transport en commun inadéquates et dans la conception urbaine qui privilégie les réseaux routiers sur les infrastructures piétonnières ou cyclables. Inversement, les villes dotées de systèmes de transport en commun robustes — souterrains, tramways, autobus en transit rapide — ont tendance à réduire les émissions de transport par habitant.

À l'échelle mondiale, les transports représentent environ 24 % des émissions directes de CO2 provenant de la combustion de combustibles, dont la proportion augmente en provenance des zones urbaines. Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), le nombre de kilomètres parcourus dans les villes a augmenté plus rapidement que la croissance démographique dans de nombreuses régions, du fait du développement économique et de la motorisation accrue.

Pour des données complètes sur les émissions des transports urbains mondiaux et la transition vers la mobilité électrique, consulter le ].

Consommation d'énergie dans les bâtiments

Les bâtiments, qu'ils soient résidentiels, commerciaux ou institutionnels, sont des consommateurs importants d'énergie dans les villes. L'énergie est nécessaire pour le chauffage, le refroidissement, l'éclairage, la ventilation et les appareils d'alimentation.Dans de nombreuses zones urbaines, cette consommation d'énergie est fortement tributaire des combustibles fossiles, soit directement par le gaz naturel, soit par le mazout, soit indirectement par l'électricité produite par le charbon, le gaz naturel ou les centrales au pétrole.

L'effet de l'île de chaleur urbaine (UHI), où les villes connaissent des températures plus élevées que les zones rurales environnantes en raison d'infrastructures denses et de végétation limitée, intensifie la demande de refroidissement en quelques mois plus chauds, ce qui entraîne une utilisation accrue de l'électricité pour la climatisation, qui génère à son tour des émissions supplémentaires de chaleur et de GES, créant un cycle d'auto-renforçage.

Au-delà de l'énergie opérationnelle, le concept de carbone incarné a pris de l'importance. Le carbone incarné désigne les émissions de GES associées à l'extraction, à la production, au transport et à l'assemblage de matériaux de construction tels que le ciment, l'acier, le verre et l'isolation. Ces émissions peuvent représenter jusqu'à 50 % de l'empreinte carbone totale du cycle de vie d'un bâtiment.

L'atténuation des émissions des bâtiments implique à la fois l'amélioration de l'efficacité énergétique des structures existantes et l'application de normes strictes pour les nouvelles constructions. La remise en état des bâtiments anciens avec une isolation avancée, des fenêtres écoénergétiques, des systèmes modernes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVAC) et l'intégration de sources d'énergie renouvelables comme les photovoltaïques solaires sur les toits sont parmi les approches les plus rentables pour réduire les émissions urbaines.

Gestion des déchets et décharges

La gestion des déchets est un facteur souvent méconnu mais important des émissions de GES en milieu urbain.Les déchets organiques, comme les déchets alimentaires, les parures de triage et le papier, lorsqu'ils sont éliminés dans des décharges anaérobies, se décomposent pour produire du méthane (CH4), un gaz à effet de serre qui est environ 28 à 34 fois plus puissant que le CO2 sur une période de 100 ans.

Dans de nombreux centres urbains, en particulier dans les pays à revenu faible ou intermédiaire, les systèmes de gestion des déchets sont inadéquats, ce qui entraîne un déversement ouvert et une combustion incontrôlée.Ces pratiques libèrent du méthane aux côtés du carbone noir et d'autres SLCP, contribuant non seulement au changement climatique mais aussi à la pollution atmosphérique grave et aux problèmes de santé publique.

L'amélioration de la gestion des déchets urbains par la séparation des sources, la promotion du compostage et de la digestion anaérobie et l'installation de technologies de captage des gaz d'enfouissement peuvent réduire considérablement les émissions de méthane.Le Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE) estime que l'amélioration de la gestion des déchets pourrait réduire les émissions mondiales de méthane de 20 à 30 % d'ici 2030.

Pour un examen approfondi des émissions de méthane et des stratégies d'atténuation, voir Évaluation mondiale du méthane du PNUE.

L'effet de l'île de chaleur urbaine : l'amplification du changement climatique dans les villes

L'effet de l'île de chaleur urbaine (UHI) illustre comment les modifications humaines de l'environnement physique peuvent aggraver les impacts locaux et régionaux sur le changement climatique.Les surfaces urbaines comme l'asphalte, le béton et les matériaux de toiture sombre absorbent et conservent le rayonnement solaire plus efficacement que les paysages naturels, ce qui fait augmenter la température de la ville de 1 à 10 °C par rapport aux zones rurales voisines.

Cette hausse de la température augmente la consommation d'énergie pour le refroidissement, aggrave la qualité de l'air en favorisant la formation d'ozone troposphérique (un polluant nocif et des gaz à effet de serre) et accroît les risques de maladies et de mortalité liées à la chaleur.

L'effet UHI interagit de manière synergique avec le changement climatique mondial, créant ainsi une boucle de rétroaction : à mesure que les températures mondiales augmentent, les vagues de chaleur deviennent plus fréquentes et plus intenses, ce qui entraîne une demande accrue en climatisation, ce qui augmente encore la consommation d'énergie, les émissions et la chaleur urbaine.

L'atténuation de l'ISU implique des stratégies de conception urbaine telles que le déploiement de matériaux de toiture réfléchissants ou frais, l'accroissement de la verdure urbaine par les parcs, les toits verts et les arbres de rue, et l'incorporation de surfaces perméables qui réduisent la rétention de chaleur.

Dimensions et inégalités socioéconomiques des émissions urbaines

Les émissions urbaines sont inégalement réparties entre les populations, influencées par le statut socioéconomique, le mode de vie et l'accès aux infrastructures. Les recherches montrent régulièrement que les 10 % les plus riches des habitants des villes contribuent de façon disproportionnée aux émissions par des facteurs tels que les grandes maisons à consommation énergétique élevée, les véhicules multiples, les voyages aériens fréquents et les régimes alimentaires riches en aliments à forte émission comme la viande et les produits laitiers.

À l'inverse, les collectivités à faible revenu sont souvent plus exposées à la pollution et aux risques climatiques, elles vivent généralement près des routes, des zones industrielles et des sites d'élimination des déchets et ont un accès limité aux ressources pour l'adaptation ou l'atténuation, comme la climatisation, les espaces verts ou l'efficacité des transports en commun.

La densité urbaine présente une dynamique complexe. Les quartiers à forte densité peuvent réduire les émissions de transport par habitant en permettant l'utilisation de la marche, du vélo et du transport en commun. Cependant, les bâtiments à grande hauteur peuvent augmenter la consommation d'énergie pour les ascenseurs, l'éclairage et les systèmes CVC. Les villes à faible densité et à expansion ont généralement des émissions de transport plus élevées en raison de la dépendance à l'automobile, mais peuvent avoir une utilisation énergétique par mètre carré plus faible.

La gouvernance et les capacités institutionnelles influent de manière significative sur les trajectoires d'émission urbaines.Les villes dotées de solides cadres de planification, de codes de construction appliqués et d'une participation active de la collectivité obtiennent souvent de meilleurs résultats environnementaux.

Polluants climatiques de courte durée (SPLS) dans les contextes urbains

Si le dioxyde de carbone demeure le principal facteur à long terme du changement climatique, les polluants climatiques à courte durée de vie (SPLS) tels que le méthane, le carbone noir, l'ozone troposphérique et les hydrofluorocarbones (HFC) exercent un puissant effet de réchauffement à court terme, en particulier dans les milieux urbains.

Le carbone noir, produit d'une combustion incomplète de carburants diesel, de biomasse et de charbon, est un élément important de la pollution atmosphérique urbaine. Il peut avoir un potentiel de réchauffement plusieurs centaines de fois supérieur à CO2 par unité de masse sur de courtes périodes.

Les émissions de méthane dans les villes proviennent des décharges, des installations de traitement des eaux usées et des fuites fugitives provenant des infrastructures de gaz naturel. L'ozone troposphérique se forme par des réactions photochimiques impliquant des polluants urbains et la lumière du soleil, augmentant davantage les températures et nuisant à la santé respiratoire.

Cibler les PLS offre le double avantage de ralentir rapidement le changement climatique et d'améliorer la santé publique en réduisant la pollution atmosphérique.De nombreuses villes participent à des initiatives telles que la Climat and Clean Air Coalition[, qui intègre l'atténuation des PLS à des stratégies climatiques plus larges.

Politiques et infrastructures en matière de décarbonisation urbaine

Pour faire face au changement climatique urbain, il faut adopter une approche multiforme combinant les politiques réglementaires, le déploiement de technologies, les investissements dans les infrastructures et les changements de comportement.

Promouvoir la mobilité à faible teneur en carbone et le développement axé sur le transport en commun

La réduction de la dépendance à l'égard des véhicules privés à combustibles fossiles est fondamentale. Les villes peuvent mettre en place des systèmes de tarification de la congestion – comme l'ont démontré les autorités de Londres, Stockholm et Milan – pour décourager l'utilisation des voitures dans les zones encombrées.

L'intégration de ces mesures au développement axé sur le transport en commun (DTO) – la conception de quartiers compacts regroupés autour de centres de transport – réduit les distances de déplacement et la dépendance à l'égard des voitures.

Décarbonisation des bâtiments et des systèmes énergétiques

Il est essentiel de mettre en œuvre des codes de construction rigoureux qui exigent une performance énergétique nette nulle pour les nouvelles constructions, notamment des exigences en matière d'isolation haute performance, de vitrages écoénergétiques, d'enveloppes étanches à l'air et de conceptions prêtes à l'emploi.

Les systèmes énergétiques de district qui distribuent efficacement le chauffage et le refroidissement dans plusieurs bâtiments offrent des économies d'échelle et facilitent l'intégration des sources d'énergie renouvelables. La transition des réseaux électriques urbains à la production d'énergie renouvelable – solaire, éolienne, hydroélectrique et géothermique – est la stratégie à long terme la plus efficace pour réduire les émissions indirectes des bâtiments et l'électrification des transports.

Mise en œuvre d'infrastructures vertes et de solutions fondées sur la nature

Les interventions en matière d'infrastructures vertes, comme les parcs urbains, les arbres de rue, les toits verts, les jardins verticaux et les chaussées perméables, offrent des avantages multiples : elles réduisent l'effet de l'UHI par l'ombrage et l'évapotranspiration, améliorent la qualité de l'air en filtrant les polluants, gèrent le ruissellement des eaux pluviales et séquestrent le carbone, et améliorent la biodiversité et fournissent des espaces récréatifs qui améliorent la santé mentale et physique.

Medellín, Colombie, a investi dans de vastes corridors verts et forêts urbaines, réduisant les températures et améliorant la résilience. L'approche de Singapour « Ville dans un jardin » intègre des jardins verticaux et la verdure sur les toits dans les zones urbaines de haute densité, démontrant ainsi comment les solutions basées sur la nature peuvent coexister avec le développement urbain.

Promouvoir les principes d'économie circulaire et la gestion durable des déchets

La transition vers une économie circulaire consiste à réduire au minimum la production de déchets par la réduction, la réutilisation et le recyclage, ce qui réduit les émissions tout au long du cycle de vie des produits.

Pour les déchets inévitables, la séparation des matières organiques pour le compostage ou la digestion anaérobie empêche les émissions de méthane provenant des décharges. La capture de gaz de décharge pour l'énergie réduit encore les émissions de GES et fournit des sources d'énergie renouvelables.

Conclusion : Vers des villes résilientes et durables

Les zones urbaines contribuent à la fois de façon importante aux changements climatiques et aux principaux domaines d'intervention pour des solutions novatrices d'atténuation et d'adaptation. L'interaction complexe entre les transports, l'énergie, les déchets, les facteurs socioéconomiques et la conception urbaine détermine la trajectoire des émissions urbaines et les impacts climatiques.

En privilégiant la mobilité durable, les bâtiments éconergétiques, les infrastructures vertes, la gouvernance équitable et les modèles d'économie circulaire, les villes peuvent réduire leur empreinte carbone tout en améliorant la viabilité et la résilience.