Etude des interactions entre le climat urbain et le CO2 : modélisation des flux de CO2 et application à l'échelle d'une ville

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

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.Climate and CO2 are closely tied. The link between them is so well established that the objectives for global warming mitigation are expressed in terms of the maximum amount of CO2 equivalent that can be emitted. The amount of CO2 present in the atmosphere at a given time is the result of complex exchanges and equilibriums between the atmosphere and the earth's surface. The latter is composed not only of oceans, vegetation and natural soils, but also cities. Exchanges between the atmosphere and urban surfaces come mainly from four contributors: building emissions, road traffic, human respiration and urban vegetation. Two of these contributors depend on climate: buildings and vegetation. Buildings emissions, at least at high and medium latitudes, are strongly related to space heating, and therefore fluctuate with the outside temperature. As for the vegetation, its growth and open-up speed depends on the weather and climate conditions and more particularly on temperature, precipitation and solar radiation. The CO2 emitted by the city is then transported through the atmosphere by the local atmospheric circulation which is the result of the synoptic situation modified by the city's influence. Therefore there are strong interactions between climate and CO2 at the city scale: the city's carbon footprint depends on the local climate, and the transport of CO2 through the atmosphere is influenced by the atmospheric circulation induced by the city. The aim of this thesis is to study these interactions. That's why, the modeling of CO2 exchanges between urban surfaces and the atmosphere has been added to the urban micro-climate model TEB. This allows to verify that the physical processes that link CO2 emissions/uptakes in the city and the urban climate are well identified and understood. The model is evaluated on two case studies each of which specifically assessed one of the contributors to city/atmosphere CO2 exchanges that is weather-sensitive: the buildings on the Toulouse site (France), and the vegetation on the Kumpula site (Finland). These two sites demonstrate the model's ability to reproduce CO2 exchanges between urban surfaces and the atmosphere as well as their daily and seasonal cycles. The Toulouse site underlines the importance of a detailed knowledge of the inhabitants' energy behaviour in order to simulate the CO2 emissions of buildings. Kumpula site demonstrates the ability of the ISBA model, designed to describe the interactions between non-urban vegetation and the atmosphere, to describe the CO2 exchanges between urban vegetation and the atmosphere. The model, thus validated, is used to carry our simulations of CO2 emissions from buildings on the scale of the entire urban agglomeration of Toulouse. These simulations once again highlighted the necessity of a good knowledge of the inhabitant's energy behaviors: on our case study (four days in winter), the 2°C reduction of the nigth-time space heating setpoint temperature reduces CO2 emissions by 33%. During these simulations, the transport of CO2 emitted by the city through the atmosphere is also monitored. This shows that, despite a calm wind situation, the CO2 plume created by the city dissipates rapidly (less than a day), limiting the increase in CO2 concentration over the city. Simulations on other cities are neeeded to determine if this result can be generalized. During this thesis, we studied climate/CO2 interactions at the city scale. In the future, it would be interesting to carry out simulations in future climate or in coupled mode with climate models in order to study the feedback between local and global climate/CO2 links

Réaliser une campagne de mesure par drones à Paris

International audienceEn juillet 2023, une grande campagne expérimentale de recherche (PANAME2023) a eu lieu pour étudier la météorologie de l’agglomération parisienne, en particulier l’îlot de chaleur urbain.Au cours de cette campagne le CNRM a réalisé plus de 300 profils (température, humidité et vent) avec des drones instrumentés sur 9 sites différents (parc urbain ou site urbain).La mise en place de tels vols nécessite d’anticiper les démarches administratives. Cette présentation consiste à exposer les démarches effectués ainsi que les moyens logistiques mis en place pour mener à bien cette campagne

L’effet rafraichissant des parcs à Paris pendant PANAME 2023

International audienceEn juillet 2023, une grande campagne expérimentale de recherche (PANAME2023), a eu lieu pour étudier la météorologie de l'agglomération parisienne, en particulier l'îlot de chaleur urbain. Cette campagne, regroupant plusieurs laboratoires de recherches, est copilotée par le Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM). Ceci permettra à terme de mieux prévoir la météo au sein même des villes. En effet, les agglomérations françaises, et Paris en particulier, subissent des canicules de plus en plus fréquentes et intenses sous l'effet du changement climatique. Celles-ci sont aggravées localement par des îlots de chaleur dus à l'effet de l'urbanisation, qui accroissent la dangerosité des conditions auxquelles sont exposés habitants, visiteurs et infrastructures. L'approfondissement des connaissances du rôle joué par les parcs et l'infrastructure urbaine est un point essentiel pour adapter la ville aux fortes chaleurs.Dans ce cadre, le CNRM a réalisé plus de 300 profils météorologiques à l'aide de drones légers sur neuf sites parcs et urbains dans Paris Métropole pour mieux connaître les paramètres thermodynamiques (température, humidité, pression, force et direction du vent) de l'atmosphère entre le sol et 120m d'altitude à la fin de la journée. Des profils par drone au sein des sites urbains en proximité des parcs vont servir à établir un point de référence, permettant d'évaluer l'effet rafraîchissant des parcs

Caractérisation du tissu urbain français pour la modélisation du climat urbain et de son interaction avec la consommation énergétique dans les bâtiments.

International audienceThis article presents the construction of a dataset describing French cities in terms of morphology, construction materials, and human behaviour related to building energy consumption. It describes an improvement of the urban climate model TEB to take into account the variety of building use and human behaviour at district scale. These developments are useful for modeling the urban climate and its interaction with building energy consumption and can help to better quantify the effect of climate change mitigation and adaptation measures in French cities.Cet article présente l'assemblage d'un jeu de données caractérisant les villes françaises en termes de morphologie, matériaux de construction et comportements énergétiques. Il expose une amélioration du modèle de climat urbain TEB pour prendre en compte une variété d'usages et de comportements énergétiques à l'échelle du quartier. Ces développements permettent de modéliser le climat urbain et son interaction avec la consommation énergétique dans les bâtiments et aideront à mieux quantifier l'effet de mesures d'atténuation et d'adaptation face au changement climatique dans les villes françaises

Drought tolerance traits in Neotropical trees correlate with the composition of phyllosphere fungal communities

International audiencePlant-associated microorganisms have shown to aid plants in coping with drought. However, the underlying mechanisms are poorly understood and there is uncertainty regarding which microbial taxa and functions are mostly involved. We explored these issues in Neotropical rainforests and identified foliar microorganisms that may play a role in drought tolerance of trees. Our objectives were to (1) test the relationship between drought tolerance traits in Neotropical trees and the diversity and composition of their foliar fungal and bacterial communities and (2) identify leaf microbial taxa positively or negatively associated with drought tolerance traits. Our results showed that the composition of leaf fungal communities, but not bacterial communities, was related to drought tolerance. We identified 27 fungal Amplicon Sequence Variants (ASVs) whose relative abundance co-varied with drought tolerance traits. Most variants were assigned to fungal clades often described as plant pathogens and increased in abundance with drought susceptibility. This greater relative abundance of leaf pathogens in the most drought-susceptible trees might increase their vulnerability to climate change. Moreover, we identified the Strelitziana and Ochroconis fungal genera as potential candidates for future culture-dependent studies aimed at understanding and improving drought tolerance in Neotropical forests

Clusterin Neutralizes the Inflammatory and Cytotoxic Properties of Extracellular Histones in Sepsis

Rationale: Extracellular histones, released into the surrounding environment during extensive cell death, promote inflammation and cell death, and these deleterious roles have been well documented in sepsis. Clusterin (CLU) is a ubiquitous extracellular protein that chaperones misfolded proteins and promotes their removal. Objectives: We investigated whether CLU could protect against the deleterious properties of histones. Methods: We assessed CLU and histone expression in patients with sepsis and evaluated the protective role of CLU against histones in in vitro assays and in vivo models of experimental sepsis. Measurements and Main Results: We show that CLU binds to circulating histones and reduces their inflammatory, thrombotic, and cytotoxic properties. We observed that plasma CLU levels decreased in patients with sepsis and that the decrease was greater and more durable in nonsurvivors than in survivors. Accordingly, CLU deficiency was associated with increased mortality in mouse models of sepsis and endotoxemia. Finally, CLU supplementation improved mouse survival in a sepsis model. Conclusions: This study identifies CLU as a central endogenous histone-neutralizing molecule and suggests that, in pathologies with extensive cell death, CLU supplementation may improve disease tolerance and host survival

The heat and health in cities (H2C) project to support the prevention of extreme heat in cities

International audienceThe main goal of the Heat and Health in Cities (H2C) French project is to improve the urban climate services to support preventive actions and policies to deal with the risk of heat and extreme heat in cities, with the Paris region (France) as a case study. In response, the three scientific objectives are identified: • Improve our understanding of the impacts of urban covers and surface heterogeneities in the city on UHI, local meteorology and air quality. • Strengthen the synergy between numerical modeling and multi-source observations to study the environmental phenomena in detail, and assess the spatial and temporal variations in population exposure to heat and air pollution, and the associated health risks. • Develop and provide information that is useful for decision-making, in terms of UHI assessment, consequences on exposure in both outdoor and indoor environment, associated health impacts, and opportunities for prevention