Une étude de l'Université d'Oklahoma prédit des changements significatifs dans la consommation énergétique des bâtiments urbains en raison du changement climatique, soulignant la nécessité de stratégies d'atténuation solides et d'améliorations de l'efficacité énergétique. Les chercheurs ont découvert que pour chaque degré de réchauffement climatique moyen, l’énergie nécessaire au refroidissement des bâtiments dans les villes américaines est susceptible d’augmenter de 13,8 %.
Une étude dirigée par Chenghao Wang, professeur adjoint à l'Université d'Oklahoma, récemment publiée dans la revue Nature Communications, explore la question cruciale de savoir comment la consommation énergétique des bâtiments à l'échelle de la ville évoluera sous l'influence du changement climatique.
Les combustibles fossiles représentent environ 40 % de la consommation totale d'énergie des bâtiments dans les centres urbains américains, et l'Energy Information Administration des États-Unis rapporte que les bâtiments résidentiels et commerciaux des villes américaines comptent parmi les principaux consommateurs d'énergie (39 %) et émetteurs de gaz à effet de serre (28 %). Comprendre la consommation énergétique future des villes est important pour élaborer des stratégies d'atténuation du changement climatique, améliorer l'efficacité énergétique, élaborer et mettre en œuvre des réglementations, politiques et programmes d'incitation en matière d'énergie et d'environnement, et accroître la résilience et l'adaptabilité de nos sociétés aux climats futurs et aux conditions météorologiques extrêmes.
Recherches antérieures et objectifs de recherche actuels
"Des recherches antérieures ont fait de grands progrès dans l'estimation de la manière dont la consommation d'énergie au niveau national ou étatique réagira au futur changement climatique", a-t-il déclaré. "Cependant, il existe encore de grandes lacunes dans notre compréhension à l'échelle urbaine. Alors que les villes du monde entier s'efforcent d'atteindre des objectifs ambitieux en matière de développement durable, une compréhension plus granulaire de la consommation d'énergie à l'échelle urbaine est impérative."
Les membres de l'équipe de recherche comprennent Janet Reyna et Henry Horsey du Laboratoire national des énergies renouvelables, Song Jiyun, Shi Dachuan et Zhou Yu de l'Université de Hong Kong, Sarah Feron de l'Université de Santiago au Chili, Ouyang Zutao et Robert Jackson de l'Université de Stanford et Li Ying de l'Université des Trois Gorges de Chine.
Ils ont étudié 277 villes des États-Unis contigus à l’aide de simulations de modèles et des dernières projections climatiques futures de l’ensemble de données du Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). Ils ont examiné quatre scénarios possibles de réchauffement climatique, dont une variété de scénarios possibles de réchauffement climatique et deux scénarios pour le secteur de l'électricité.
« Dans un scénario du secteur de l'électricité, nous supposons qu'aucune politique carbone ne sera mise en œuvre à l'avenir, mais nous incluons également un scénario qui suppose que le secteur de l'électricité se décarbonisera rapidement et atteindra zéro émission nette de carbone d'ici 2050, similaire à l'objectif sans pollution par le carbone annoncé par le président américain Biden en 2023 », a déclaré Wang Chenghao.
Résultats et implications de la recherche
Pour étudier l'évolution de la consommation d'énergie des bâtiments urbains dans le cadre du futur changement climatique, l'équipe de Wang Chenghao a utilisé une mesure appelée intensité de consommation d'énergie (IUE). L'IUE correspond à la consommation d'énergie par pied carré et par an et est calculée en divisant l'énergie totale consommée par le bâtiment par la superficie totale au sol.
"En raison du changement climatique, nous constatons que l'IE de la construction à l'échelle de la ville devrait changer de manière inégale d'ici les années 2050 par rapport aux années 2010, les plus fortes augmentations de l'IE de l'électricité se produisant principalement dans le Sud, le Sud-Ouest, l'Ouest et le Sud-Est, avec des augmentations allant jusqu'à 7,2 %."
Ils ont constaté que pendant la saison chaude et les jours les plus chauds, l'augmentation de l'IEU électrique sera beaucoup plus importante que le changement tout au long de l'année, en particulier dans le nord-ouest. La principale raison de cette différence est que l’adoption de la climatisation et la consommation d’énergie pour le refroidissement des locaux seront plus élevées dans un avenir plus chaud. Pour chaque degré de réchauffement, l’IEE moyen de refroidissement des locaux au niveau de la ville augmentera de 13,8 %.
« Nous avons constaté que la consommation d'électricité des bâtiments urbains en période de pointe en été a augmenté de 10,1 % pour atteindre 37,7 % en moyenne. Cependant, l'augmentation dans certaines villes dépassera 110 %. Cela nécessitera une plus grande capacité du réseau et une plus grande capacité à résister aux coupures de courant extrêmes liées aux vagues de chaleur », a déclaré Wang.
L'équipe a également évalué les changements potentiels dans les sources d'énergie utilisées par les bâtiments urbains, en tenant compte des pertes d'énergie lors de la production, du transport et de la distribution d'électricité.
« La décarbonisation du secteur de l'électricité est très efficace pour réduire la consommation d'énergie dans les futurs bâtiments urbains, mais la clé est de réduire davantage la combustion directe de combustibles fossiles dans les bâtiments », a déclaré Wang. "En termes simples, nous devons électrifier rapidement les bâtiments urbains du futur."