Transformation verte urbaine et objectifs de pic carbone : enseignements d'une étude de simulation dynamique à Shanghai

Transition verte urbaine et objectif de pic carbone : enseignements d'une étude de simulation dynamique à Shanghai

L'accélération de l'urbanisation mondiale et la hausse continue de la demande énergétique font des émissions de carbone urbaines un enjeu central du changement climatique. Shanghai, l'une des mégapoles les plus densément peuplées et les plus dynamiques économiquement de la Chine, est confrontée à la double pression de maintenir sa croissance tout en réalisant des réductions d'émissions profondes. Une étude récente, utilisant la dynamique des systèmes comme outil, a simulé la trajectoire des émissions de carbone de Shanghai au cours de sa transition verte, fournissant une référence empirique pour l'action climatique à l'échelle urbaine.

Contexte sectoriel : la réduction des émissions urbaines devient un champ de bataille clé des politiques climatiques mondiales

Selon les données de l'Agence internationale de l'énergie (AIE), les émissions de carbone directes et indirectes des villes représentent plus des deux tiers des émissions mondiales liées à l'énergie. Lors de la 75e session de l'Assemblée générale des Nations Unies, la Chine a officiellement proposé l'objectif d'atteindre le pic des émissions de carbone avant 2030 et la neutralité carbone avant 2060. Par la suite, le Conseil des Affaires d'État a publié les « Avis sur la promotion du développement vert de la construction urbaine et rurale », précisant qu'un mécanisme institutionnel pour le développement vert de la construction urbaine et rurale serait initialement établi d'ici 2025. Dans ce contexte, la manière dont les villes parviennent à découpler la croissance économique des émissions de carbone est devenue une question de pointe dans la recherche sur la transition énergétique.

Shanghai, en tant que plus grande ville économique de Chine, compte plus de 24 millions de résidents permanents, et sa consommation d'énergie est fortement concentrée dans les secteurs industriel, des transports et du bâtiment. Selon le « Plan directeur d'aménagement urbain de Shanghai (2017-2035) », Shanghai s'est fixé pour objectif d'atteindre le pic de ses émissions de carbone avant 2025. Cet objectif nécessite non seulement une impulsion politique, mais aussi une évaluation scientifique du potentiel de réduction des émissions de chaque système urbain.

Dynamique actuelle : le modèle de dynamique des systèmes révèle la trajectoire vers le pic

L'étude publiée dans Humanities and Social Sciences Communications a utilisé la méthode d'inventaire du GIEC pour comptabiliser les émissions de carbone résultant de la consommation d'énergie à Shanghai de 2014 à 2019, et a construit sur cette base un modèle de dynamique des systèmes de transition verte urbaine (modèle SD). L'étude divise le système urbain en cinq sous-systèmes - économie, énergie, population, technologie et politique - analyse les flux de carbone entre les différents secteurs et simule les tendances des émissions dans différents scénarios de développement de 2020 à 2025.

Les principales conclusions de l'étude sont les suivantes :

1. Validité du modèle : le modèle dynamique s'avère fiable pour prédire les émissions de carbone de la transition verte urbaine et est capable de saisir les relations de rétroaction entre les systèmes. 2. Pic réalisable : sur la base de la dynamique actuelle de transition verte de Shanghai, la ville devrait atteindre son objectif de pic carbone en 2025, mais le moment et le niveau du pic varient selon les scénarios. 3. Différences de trajectoires : la combinaison de facteurs tels que la croissance économique, le bouquet énergétique, la taille de la population et l'intensité de la politique d'échange de quotas de carbone influence considérablement le moment du pic et l'efficacité de la réduction des émissions. Aucune mesure isolée ne suffit ; des ajustements systémiques sont nécessaires.

L'étude souligne également que la politique d'échange de quotas de carbone, en tant qu'important outil de marché, peut efficacement inciter les secteurs à fortes émissions à réduire leur intensité carbone, mais elle doit être mise en œuvre en synergie avec la modernisation de la structure industrielle, l'amélioration de l'efficacité énergétique et le déploiement des énergies renouvelables.## Impact sur le système énergétique : remodeler la structure et le fonctionnement de l'électricité urbaine

La trajectoire de Shanghai pour atteindre le pic des émissions de carbone est, par essence, une transformation structurelle du système énergétique urbain. Les recherches montrent que la consommation d'énergie est la principale source d'émissions de carbone ; par conséquent, la décarbonation du secteur électrique devient une priorité de la transition. À l'avenir, Shanghai devra remodeler son système énergétique sous les aspects suivants :

• Structure du mix électrique : accroître les capacités installées d'énergies renouvelables telles que le photovoltaïque local, l'éolien offshore et la biomasse, afin de remplacer progressivement la production d'électricité à partir de combustibles fossiles. Avec l'augmentation de la part des énergies renouvelables, les exigences du système électrique en matière de flexibilité et de capacité de régulation se renforceront considérablement.
• Réseaux et stockage d'énergie : l'intégration à grande échelle du photovoltaïque distribué et des véhicules électriques impose une mise à niveau du réseau de distribution urbain vers un mode interactif bidirectionnel ; le rôle du stockage devient de plus en plus essentiel dans l'écrêtement des pointes et le remplissage des creux, ainsi que pour le réglage de la fréquence et de la tension.
• Électrification des usages finaux : l'électrification dans des domaines tels que le chauffage des bâtiments et la mobilité accroîtra la demande d'électricité urbaine, mais si le degré de décarbonation de l'alimentation électrique est insuffisant, le problème du transfert des émissions de carbone apparaîtra.

Les recherches soulignent également que le mécanisme d'échange de quotas de carbone, par des signaux de prix, incite les entreprises à optimiser leur gestion énergétique et favorise l'investissement des industries à forte intensité de carbone dans les technologies bas-carbone, réduisant ainsi les coûts de réduction des émissions à l'échelle du système.

Les défis à relever : une transition semée d'embûches

Même si Shanghai a le potentiel d'atteindre son pic d'émissions de carbone plus tôt, les défis soulevés par les recherches ne doivent pas être négligés :

• Stockage et ressources flexibles insuffisants : l'intermittence des énergies renouvelables exige que la ville soit équipée de systèmes de stockage d'énergie suffisants, mais le coût du stockage par batteries reste élevé et les technologies de stockage de longue durée ne sont pas encore arrivées à maturité.
• Réseau de transport d'électricité et coordination transrégionale : les ressources locales en énergies renouvelables de Shanghai étant limitées, il est nécessaire d'importer de l'électricité verte des autres provinces ; toutefois, la construction et la coordination des corridors de transport d'électricité transrégionaux impliquent les intérêts de plusieurs provinces et se heurtent à des obstacles institutionnels.
• Déficit de financement et d'investissement : les besoins d'investissement dans les infrastructures vertes sont immenses ; malgré le développement rapide des obligations vertes et de la finance carbone, les modèles de rentabilité ne sont pas encore suffisamment éprouvés et la participation des capitaux privés doit être renforcée.
• Incertitude des politiques : les modalités d'allocation des quotas de carbone, la volatilité des prix du carbone et l'articulation entre les politiques locales et centrales peuvent toutes influencer les attentes des entreprises et leurs décisions d'investissement à long terme.
• Maturité technologique : les technologies émergentes telles que l'hydrogène n'ont pas encore atteint une échelle économiquement viable, et les technologies de décarbonation profonde de l'industrie en sont encore au stade de la démonstration.

Les recherches indiquent que le moment du pic et son niveau varient selon les scénarios de développement, ce qui signifie que les décideurs politiques doivent ajuster dynamiquement leur trajectoire en fonction des circonstances réelles, plutôt que de s'enfermer dans une solution unique.

Perspectives d'avenir : les villes en tête de la transition vers la neutralité carbone

• Au cours des cinq à vingt prochaines années, la transition verte de Shanghai et des autres villes chinoises présentera les tendances suivantes :- Transformation radicale de la structure énergétique : d’ici à 2030, la part des énergies non fossiles dans la consommation d’énergie primaire augmentera considérablement, l’éolien et le photovoltaïque devenant l’essentiel des nouvelles capacités installées. Le système énergétique urbain passera d’un modèle « la production suit la consommation » à un modèle « la consommation suit la production », ce qui nécessitera un système de pilotage plus intelligent.
• Expansion continue des investissements verts : la réalisation du pic des émissions de carbone et de la neutralité carbone entraînera des investissements de plusieurs dizaines de milliers de milliards de yuans, concentrés dans la modernisation des réseaux électriques, le déploiement du stockage d’énergie, les infrastructures de l’hydrogène et le captage et l’utilisation du carbone (CCUS). Les capitaux ESG influenceront profondément les modèles de financement des projets d’infrastructures urbaines.
• Convergence du marché carbone et des politiques : le marché national du carbone intégrera progressivement davantage de secteurs ; à l’échelle urbaine, des mécanismes plus précis de budget carbone et de partage des bénéfices carbone pourraient être mis en place, afin de libérer le potentiel de réduction des émissions lié à la participation du public.
• Synergies régionales et compétition mondiale : les villes ne se transforment plus de manière isolée, mais par une réduction coordonnée du carbone à l’échelle des zones métropolitaines. En tant que locomotive du delta du Yangtze, Shanghai devrait diffuser son expérience en technologies vertes vers les villes voisines, formant ainsi un pôle industriel régional bas carbone.