Projet «ICOS Cities» achevé : Nouvelles approches pour déterminer les émissions de CO₂ des villes
Dübendorf, 09.12.2025 — Jusqu'à présent, les émissions de CO₂ d'une région ne pouvaient être calculées qu'à l'aide d'inventaires d'émissions. Dans la ville de Zurich, elles ont désormais pu être mesurées de manière fiable. Dans le cadre du projet de recherche européen « ICOS Cities », les chercheurs de l'Empa ont obtenu des résultats étonnamment proches des valeurs calculées jusqu'à présent grâce à une nouvelle méthode de mesure.
La ville de Zurich souhaite atteindre la neutralité carbone d'ici 2040. Comme de nombreux pays ou villes, elle s'appuie jusqu'à présent sur des inventaires d'émissions pour obtenir des données fiables. Ceux-ci fonctionnent comme une sorte de comptabilité dans laquelle les émissions totales provenant de différentes sources sont calculées à partir de données d'activité telles que la consommation de gaz naturel et les facteurs d'émission correspondants. Désormais, la ville de Zurich peut pour la première fois observer directement ses émissions de CO2, qui constituent une part importante des émissions totales de gaz à effet de serre ayant un impact sur le climat. Dans le cadre du projet européen « ICOS Cities », les chercheurs de l'Empa utilisent un réseau de capteurs de haute technologie et des modèles complexes pour déterminer les émissions avec précision.
Les premiers résultats offrent à la ville une nouvelle approche pour collecter les données relatives au CO2 provenant de toutes les sources sur le territoire urbain. « Nos mesures fournissent une méthode indépendante et plus rapide pour observer les émissions de CO2. Cela est essentiel pour déterminer si les mesures de protection du climat ont réellement un effet visible sur l'atmosphère », explique Lukas Emmenegger, directeur du laboratoire « Polluants atmosphériques / Technologie environnementale » de l'Empa et responsable scientifique du projet « ICOS Cities » pour Zurich.
Des capteurs dans toute la ville
Depuis l'été 2022, l'Empa à Zurich enregistre en continu les échanges de CO₂ entre la ville et l'atmosphère. Dans le cadre du projet « ICOS Cities », un réseau de mesure du CO₂ comprenant 60 sites répartis sur l'ensemble du territoire urbain a été mis en place. Des appareils de mesure compacts sont accrochés aux lampadaires et aux arbres, de l'Uetliberg à Irchel. Les chercheurs de l'Empa ont également installé une vingtaine d'instruments permettant des mesures plus précises sur des antennes de téléphonie mobile. Outre le réseau dense de capteurs de CO₂ de l'Empa, un système de mesure spécial de l'Université de Bâle a été installé sur un immeuble de grande hauteur. Il enregistre simultanément le CO₂ et le vent environ dix fois par seconde. « Ces mesures nous permettent de déterminer directement les émissions, mais uniquement pour un rayon d'environ un kilomètre autour du gratte-ciel », explique Dominik Brunner, expert en modélisation à l'Empa.
La série de données recueillies sur plusieurs années sert de base à la modélisation des processus complexes. En effet, les mesures ponctuelles de la concentration de CO₂ ne fournissent pas beaucoup d'informations sur les émissions réelles : entre le lieu d'origine des émissions et les sites de mesure, le CO₂ libéré est transporté et mélangé à l'air ambiant. De plus, il faut distinguer les émissions fossiles du cycle naturel du CO₂ dans l'atmosphère. Non seulement les forêts, les plantes et les sols autour de la ville « expirent » quotidiennement de grandes quantités de dioxyde de carbone, mais la population urbaine contribue également à environ 10 % des émissions de CO₂ mesurées par sa respiration.
Sur la piste des émissions de CO₂
Les appareils de mesure enregistrent finalement la somme de nombreuses sources de CO₂ différentes. Afin de déterminer le plus précisément possible les émissions de CO₂ à l'échelle de la ville à partir de ces données de mesure, celles-ci sont intégrées dans différents modèles. Avec le soutien des partenaires du projet, l'Empa a développé trois modèles différents et les a comparés entre eux. Le plus complexe de ces modèles (ICON-ART) est basé sur un modèle météorologique similaire à celui utilisé par MétéoSuisse. Il reproduit les processus centraux de l'atmosphère et montre comment le CO₂ est émis, transporté et mélangé dans la ville, avec une résolution spatiale d'environ 500 mètres dans une grande région autour de Zurich. Un autre modèle (GRAMM/GRAL) simule les courants jusqu'au niveau des bâtiments. Cela permet de structurer les émissions au sein de la ville de manière particulièrement fine. « Ce modèle est plus simple sur le plan physique, mais il permet un niveau de détail très élevé », explique Dominik Brunner. La troisième méthode (Eddy Fluss) fonctionne de manière fondamentalement différente : elle n'utilise pas les valeurs de concentration de CO₂ des capteurs habituels, mais les mesures d'émissions spéciales effectuées sur le gratte-ciel et détermine, à l'aide d'un modèle de propagation, à quel moment ces émissions ont été libérées. « L'avantage est clair : nous mesurons directement le flux d'émissions. Cependant, cette modélisation ne couvre qu'une petite zone », explique le chercheur de l'Empa.
Malgré des approches différentes, les trois méthodes reposent sur des observations atmosphériques et aboutissent à des résultats cohérents. « J'ai moi-même été surpris de constater à quel point les trois méthodes sont proches les unes des autres », déclare Dominik Brunner. « L'inventaire des émissions est probablement légèrement surestimé. Cela devra toutefois être confirmé par les données futures. »
Pionnière dans la surveillance des émissions urbaines
La ville de Zurich dispose déjà aujourd'hui de l'un des inventaires d'émissions les plus avancés d'Europe. Contrairement à de nombreuses autres villes, Zurich ne sépare pas seulement ses émissions fossiles par secteur (industrie, ménages ou transports), mais aussi par zone géographique, jusqu'au niveau des tronçons routiers individuels, voire des bâtiments. Outre les émissions de CO2, le bilan global inclut également d'autres émissions de gaz à effet de serre ayant un impact sur le climat, telles que le méthane, le protoxyde d'azote et les gaz fluorés. En combinant l'inventaire statistique des émissions avec les données mesurées en temps réel sur le CO2 dans l'atmosphère, Zurich peut désormais identifier précisément les mesures de réduction qui sont déjà efficaces et celles qui doivent être réajustées. « Les résultats aident la ville à optimiser son inventaire. Les inventaires sont fondamentaux, mais les mesures atmosphériques permettent de vérifier le bilan carbone de manière indépendante et de s'assurer qu'il reflète au mieux la réalité », explique Lukas Emmenegger.
Après la phase pilote de trois ans du projet « ICOS Cities », la ville de Zurich prévoit d'intégrer à long terme ce système de surveillance avancé dans sa stratégie climatique. « Il est impressionnant de voir à quel point les modèles de l'Empa se rapprochent des valeurs de CO2 de notre bilan climatique », déclare Sabine Marbet, de la ville de Zurich. « Nous examinons donc comment nous pourrions utiliser à l'avenir l'approche ICOS pour vérifier de manière indépendante les émissions de gaz à effet de serre et les collecter rapidement, de manière dynamique et à petite échelle ». Zurich fait ainsi partie des premières villes européennes à vouloir combiner les inventaires d'émissions et les observations atmosphériques sous cette forme.
ICOS Cities
«ICOS Cities» est une initiative centrale du Système intégré d'observation du carbone (ICOS) qui fournit des données scientifiques précises sur les concentrations et les flux de gaz à effet de serre dans les zones urbaines, servant de base à une surveillance à long terme. Zurich est, avec Paris et Munich, l'une des villes pilotes dans lesquelles ces systèmes de surveillance de nouvelle génération sont mis en place et testés. ICOS est une infrastructure de recherche européenne qui étudie le cycle du carbone et son influence sur les activités humaines. Actuellement, ICOS collecte des données standardisées et librement accessibles provenant de plus de 180 stations de mesure dans 16 pays européens. La Suisse participe avec des stations situées au Jungfraujoch et à Davos. Avec « ICOS Cities », les trois axes prioritaires existants d'ICOS – atmosphère, océans et écosystèmes – seront élargis aux villes en tant qu'émetteurs importants de CO₂. ICOS Suisse est composé des institutions ETH Zurich, Empa et WSL, des universités de Berne et de Bâle ainsi que de MétéoSuisse.
Further information
Dr. Lukas Emmenegger
Air Pollution / Environmental Technology
Phone +41 58 765 4699
lukas.emmenegger@empa.ch