La végétation urbaine est une source de services écosystémiques comme la réduction du phénomène d’îlots de chaleur urbains (grâce à la transpiration et à l’ombrage) ou l’augmentation des surfaces de dépôt de polluants. Cependant, les arbres urbains émettent des composés organiques volatils biogéniques (COVb) qui peuvent réagir avec les polluants atmosphériques pour former des polluants secondaires, tels que l’ozone (O3) et des aérosols organiques secondaires (AOS). Les émissions de COVb ont été particulièrement étudiées dans les écosystèmes naturels forestiers et sont régulées par les conditions environnementales (lumière, température etc…). Les végétaux urbains sont soumis à de fortes contraintes (stress hydrique, espace et ressources limités, pollution des sols et de l’air) il est intéressant de se focaliser sur l’impact de ces contraintes environnementales sur leurs émissions de COVb. La végétalisation étant favorisée pour la lutte contre le phénomène d’îlots de chaleur urbains, sa contribution à la qualité de l’air doit être clarifiée, notamment en conditions de stress.
Le projet sTREEt étudie l’impact du stress subi par les arbres urbains sur la qualité de l’air en s’appuyant sur deux expérimentations et de la modélisation.

Organisation du projet sTREEt

Première expérimentation: 14 jeunes platanes dans la cour de l’IUT de Vitry (2020-2022)

Pourquoi des platanes? C’est l’arbre le plus planté dans Paris et dans de nombreuses villes du monde.
Pourquoi en pots? Cela permet de contrôler l’alimentation minérale et hydrique. Il a été choisi d’étudier le stress hydrique car c’est souvent le stress majeur en ville.
La première expérimentation a débuté début 2020, les jeunes platanes issus de la pépinière de la mairie de Paris ont été plantés dans de grands pots. En juillet 2020, les premières mesures ont eu lieu. Le système de piégeage à l’échelle de la branche a permis de mesurer en continu les émissions de quelques arbres, un système de piégeage à l’échelle de la feuille a été mis au point.
En 2021, les pots ont été équipés d’un système d’exclusion de pluie pour contrôler les apports d’eau. La moitié des platanes a été soumise à un stress hydrique (mai-juin 2021). L’effet du stress a été suivi sur la physiologie de la plante et sur leurs émissions de COVb à l’échelle de la branche et de la feuille. Les facteurs d’émissions de platane adultes de la cour sont comparables à ceux des jeunes platanes.
En 2022, l’expérience continue, un nouveau traitement de stress hydrique est appliqué à partir de mai 2022. Les émissions de COVb sont suivies à l’échelle de la feuille et la physiologie est étudiée de façon approfondie (potentiel hydrique, flux de sève, échanges gazeux, fluorescence chlorophyllienne, marqueurs biochimique de stress).


Quel est l’impact d’un stress hydrique sur les émissions de COVb et ses conséquences sur la qualité de l’air?

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Piégeage des COVb à l'échelle de la branche
crédit photos C Boissard, J Leymarie
Piégeage des COVb à l’échelle de la branche (Vitry, 2021)
Piégeage des COVb à l’échelle de la feuille (Vitry, 2021)
crédit photos A Claude, J Leymarie
Piégeage des COVb à l’échelle de la feuille (Vitry, 2021)
Mesures d'écophysiologie (Vitry, mai 2022)
 crédit photo: S Planchais
Mesures d’écophysiologie (Vitry, mai 2022)

Seconde expérimentation: caractérisation des émissions de COVb de végétaux urbains et de la qualité de l’air environnant (juin-juillet 2022)

Cette expérimentation utilise des végétaux du jardin des Combattants de la Nueve, jardin situé entre l’hôtel de ville de Paris et les quais de Seine où la circulation automobile est importante. Les émissions de COVb seront ainsi mesurées in situ sur diverses espèces ligneuses émettrices de monoterpènes. Simultanément, la composition de l’air environnant sera analysée afin d’évaluer l’impact des émissions de COVb sur les phases gazeuse et particulaire. La composition chimique des aérosols et des dosages de 14C permettront d’estimer la fraction biogénique de la phase particulaire. Cette expérimentation constitue un des sites de mesure de « Paname 2022 ».
Les données expérimentales obtenues lors des deux expérimentations alimentent la partie modélisation du projet.

Modélisation de l’arbre urbain

Un modèle de continuum sol-plante-atmosphère conçu pour un arbre de forêt sera adapté à l’arbre urbain. Le fonctionnement hydraulique de l’arbre sera modélisé en fonction des conditions radiatives, de la régulation stomatique et de la diffusion radiale de l’eau du sol aux racines. Les émissions d’isoprène par le platane pourront être modélisées.

Modélisation de la qualité de l’air en milieu urbain

Ce projet permettra une meilleure représentation des paramètres requis pour le paramétrage des émissions de COVb utilisé par la modélisation de la qualité de l’air (Polyphemus) qui finalisera cette étude. Des paramétrisations de l’effet aérodynamique des arbres dans les rues ont été mises en place pour utilisation dans le modèle de qualité de l’air (réseau de rues). Cette modélisation simulera les concentrations d’O3, NOx, particules PM10, PM2.5 dont composés organiques), à l’échelle régionale et dans les rues de Paris, qui seront comparées aux émissions de COVB mesurées in situ. Ce modèle, utile aux gestionnaires de la ville, permettra de prendre en compte l’impact de la végétation, stressée ou pas, sur les concentrations d’ozone et de particules dans le Grand Paris.