Dr Vincent Diemer

Dr Olga Firstova

Dr Vangelis Agouridas
email: vangelis.agouridas@ibl.cnrs.fr

Oleg Melnyk
email: oleg.melnyk@ibl.cnrs.fr

Pedal to the metal: the homogeneous catalysis of the native chemical ligation reaction

Keywords: Native Chemical Ligation, homogeneous catalysis, nucleophilic catalysis, thiol-thioester exchange, desulfurization, chemoselectivity

The native chemical ligation reaction of peptide thioesters with cysteinyl peptides is a pivotal chemical process in the production of native or modified peptides and proteins, and well beyond in the preparation of various biomolecule analogs and materials. To benefit from this reaction at its fullest and to access all the possible applications, the experimentalist needs to know the factors affecting its rate and how to control it. This concept article presents the fundamental principles underlying the rate of the native chemical ligation and its homogeneous catalysis by nucleophiles. It has been prepared to serve as a quick guide in the search for an appropriate catalyst.

Introduction

By enabling the concatenation of unprotected peptide segments in water under mild conditions, the Native Chemical Ligation (NCL) reaction has become one of the most valuable transformation for accessing synthetic or semisynthetic proteins (Figure 1A). [1] The core principle of this process consists in opposing a peptide thioester and a cysteinyl (Cys) peptide whose chemoselective reaction results in the formation of a native peptide bond between the two segments and thus, in the formation of a larger and well-defined polypeptide. Since the advent of NCL in 1994, its synthetic scope has been significantly enriched, providing protein chemists with an eclectic repertoire of practical methods for accessing a tremendous diversity of protein targets. [START_REF]Protein Chemical Synthesis database (PCS-db[END_REF] [START_REF] Agouridas | [END_REF] This gain in operational synthetic capacity is reflected in the advances made in numerous domains where NCL is used as a routine tool, including the fields of chemical biology and biomedical research (Figure 1B). [4] Considered as a pivotal transformation for the production of proteins, NCL has seen its mechanism come under scrutiny very shortly after its discovery. [5] The apparent straightforward equation represented in Figure 1A in reality conceals a two-step process, which starts with a thiol-thioester exchange leading to a capture intermediate (Figure 2A, Step 1). Then, the latter rearranges through an intramolecular S-to-N acyl group transfer to yield the product with a native peptide bond to cysteine (Figure 2A, Step 2). In standard conditions, experimental evidence suggests that the reaction is kinetically governed by step 1 which proceeds through tetrahedral intermediate 1 (Figure 2A). Logically, the rate of step 1 is under the dependence of the reactivity of the thioester and Cys thiol groups. While the reactivity of the Cys thiol is mainly determined by the fraction of Cys thiolate species present at the working pH, [6] the reactivity of the thioester partner largely depends on two factors: the nature of the C-terminal residue and the type of thiol leaving group installed (Figure 2B). Thanks to their straightforward synthetic accessibility and good stability, peptide alkyl thioesters remain the most appreciated acylating source used for protein semi-or total synthesis. [1b, 3] However, useful ligation rates cannot usually be attained with such thioesters at millimolar concentration due to their tempered reactivity. As a consequence, the NCL with peptide alkyl thioesters needs to be promoted most of the time by addition of catalysts. The aim of this concept article is to examine the fundamental principles underlying the homogeneous catalysis of the NCL reaction and to guide the reader in the search for an appropriate catalyst.

The guiding principles of NCL catalysis

Among the several modes of catalytic activation, covalent catalysis by nucleophiles provides the most significant rate enhancements for NCL. [7] This approach consists in using a nucleophile additive (Nu) intended to react with the thioester partner for generating an activated acyl-Nu intermediate in situ (Figure 3A). During the reaction, the starting thioester and the acyl-Nu intermediate coexist in solution. Although the latter is usually formed in tiny amounts, its enhanced acylating capability makes it kinetically the main acylating species in the process. To achieve this goal, the nucleophile must be chosen carefully according to the nature of the starting thioester so that the energy barrier going from reactants to tetrahedral intermediate 3 is lower than that leading to tetrahedral intermediate 1 (Figure 3B). In practice, nucleophilic catalysis of NCL is usually carried out by the addition of various sulfur-, selenium-, nitrogen-or phosphorus-derived nucleophiles, which all present some benefits and drawbacks reviewed hereafter (Figure 3C).

Thiolates, a type of sulfur-based nucleophiles, have rapidly emerged as successful additives for the activation of peptide thioesters and are still the most widely deployed solution for enhancing NCL's rate today (Figure 4A). [8] Their efficiency as catalysts can be rationalized according to the pioneering work of Jencks and coworkers, which allows to qualitatively appreciate the extent of activation of a thioester upon thiol-thioester exchanges. [8] Indeed, the acylating power of the activated thioester, and thus the rate of NCL, largely depends on the acidity of the thiol catalyst R2SH relative to that of the departing thiol R1SH (Figure 4A). The use of a thiol additive R2SH having a lower acid dissociation constant (pKa) than that of R1SH results in efficient catalysis because the thiolate R2S -is a better leaving group. However, in such a case, the formation of the activated thioester is a kinetically disfavored situation unless a very significant excess of catalyst is introduced in the reaction mixture as compensation.

A selection of thiols used either for thioester synthesis or NCL catalysis are listed by increasing acidity in Figure 4B (3mercaptopropionic acid, MPA; sodium 2-mercaptoethyl sulfonate, MESNa; [9] methyl thioglycolate, MTG; [10] trifluoroethanethiol, TFET; [11] 4-hydroxythiopheno; [12] 3-mercaptophenyl acetic acid, MPAA; [12] thiophenol; [5] 2-sulfanylmethyl-4dimethylaminopyridine, SMDMAP [13] ). Despite the large diversity of commercially available thiols, just a handful of them are used as catalysts, one stringent selection criterion being their good to excellent water-solubility. Among these, MPAA has a pKa wellbelow those of alkyl thiols classically used for thioester synthesis, is odorless and highly water soluble at the working pH of NCL (≈ 7) due to its carboxylic acid moiety. Therefore, MPAA is by far the most widely applied catalyst in the field. In addition, it is important to note that thiol moieties harbored by the sidechain of internal Cys residues can in some cases offer a significant catalytic contribution owing to their mid-range pKa. [14] The use of thiols, and more particularly of aryl thiols such as MPAA, can however prove problematic in some specific situations. This is especially the case when the NCL reaction needs to be combined with a subsequent Metal-Free Desulfurization (MFD) step in a one-pot process (Figure 5A). [15] This popular approach was developed to extend the scope of NCL by converting the Cys junction residue to an alanine (Ala) residue, a significantly more represented amino acid in protein sequences. The mechanism of MFD is critically dependent on the formation of a Cys-derived thiyl radical intermediate, which must combine with the added phosphine to make the desulfurization process successful. Aryl thiols are powerful thiyl radical scavengers and therefore kill the MFD reaction especially when used in large excess as discussed above. Consequently, their use is not compatible with one-pot NCL/MFD approaches unless the aryl thiol can be removed prior to adding the reagents for the MFD step. For example, the MPAA-derivative equipped with a hydrazide handle and designed by Brik and coll. was removed by using an aldehyde scavenger solid support (Figure 5B). [16] Another option consists in using TFET as a catalyst, which can be removed by evaporation after ligation. [11] Other alkyl thiols such as MTG [10] or SMDMAP [13] also provide a practicable MFD-compatible thiol alternative. Imidazole and Nheterocyclic analogues thereof, i.e. sp 2 nitrogen-derived nucleophiles, provide an additional option in this regard. [17] Indeed, they do not interfere with MFD reaction conditions and can recapitulate the catalytic properties of thiol additives through the formation of acyl imidazole type intermediates. They must however be introduced at much higher loadings to this end because the equilibrated process depicted in Figure 5C favors the thioester species.

The last decade has witnessed the development of various thioester surrogates, which broaden the scope of classical thioesters by permitting the design of novel peptide assembly strategies. [1b] The class of thioester precursors referred to as Figure 2. Insights into the mechanism of the uncatalyzed NCL reaction. A) NCL is a two-step process involving a thiol-thioester exchange for the capture step. B) NCL is usually under the kinetic control of the thiol-thioester exchange step and depends on three main factors: the ionization state of the N-terminal cysteine residue (the fraction of thiolate was calculated based on the model and the data presented in reference [6] ) and the environment as well as the nature of the thioester partner.

N,S-acyl shift systems is particularly popular (Figure 6). [18] Including the bis(2-sulfanylethyl)amido (SEA [19] ) and the N-sulfanylethylanilide (SEAlide [20] ) devices, they consist of special amides that are able to rearrange in situ into thioesters through an N,S-acyl shift (Figure 6, STEP 1). Similar to classical thioesters, these transient thioesters can then be involved in an NCL-like process to provide ligated peptides (Figure 6A, STEPS 2 and 3; Figure 6B, STEP 2). Classical aryl thiol additives can promote the NCL-like part of the process but not the N,S-acyl shift, which is usually rate limiting and catalyzed by other mechanisms. This specific feature of the N,S-acyl shift systems has prompted the development of dedicated catalysts. For example, the SEA group has benefited from the design of tailored selenol-based additives (Figure 6A). [21] Thanks to the low pKa of the selenol group (pKa ~5), the catalyst is still present in its nucleophilic selenolate form in the working acidic conditions that are favorable for the N,S-acyl shift rearrangement step (Figure 6A, STEP 1). Its reaction with the SEA thioester intermediate results in the in situ formation of a selenoester (Figure 6A, STEP 2), a type of acyl donor that proved particularly powerful under classical NCL conditions. [22] In another example, the rearrangement of the SEAlide group to generate a thioester intermediate depends on the presence of phosphate. [20] Otaka and coworkers have developed a dual catalyst featuring a phosphonic acid able to catalyze the rearrangement of the SEAlide device (Figure 6B, STEP 1) and an aryl thiol moiety for promoting the NCL-like part of the process (Figure 6B, STEP 2). [23] The pKa given for SMDMAP is a predicted value taken from reference [13] .

Summary and outlook

In conclusion, the rapid concatenation of peptide segments in water using NCL is central to protein chemical synthesis and many other applications of this chemoselective reaction. The catalysis of NCL and related reactions enables to save time, to force the formation of difficult junctions and to minimize the impact of protein aggregation and potential side reactions. Throughout the years, this quest for rate enhancement has been sustained by an in-depth understanding of reaction mechanisms based on experimental and theoretical approaches.

A limitation of existing catalysts is the large excesses used to achieve useful synthetic rates. Therefore, future research might see the emergence of novel catalysis approaches enabling the acceleration of ligation reactions while significantly reducing the heavy excesses of nucleophiles. A potential strategy can be to increase the effective concentration of the nucleophilic catalyst at the thioester site by incorporating it in the thiol handle. By becoming intramolecular, the exchange process leading to the formation of the activated acyl-Nu species might not be limiting anymore. Such an approach using a Cys thiol as the internal nucleophile has been examined by Schmalisch and Seitz, who reported significant rate enhancements. [24] Non-covalent strategies for increasing the effective concentration of the nucleophilic catalyst at the thioester site remains to be developed. The concepts underpinning templateassisted NCL reactions might serve this purpose, albeit to the expense of increased synthetic work and reduced atom economy. [1b, 25] Templated NCL has been developed for enabling NCL at very low reactant concentration such as in the labelling of proteins exposed to the cell surface. [26] The method relies on the high affinity between pairs of nucleic acids or peptides for increasing the effective concentration of reactants and thus the ligation yields. Likewise, we can imagine that the biomolecular systems used so far for promoting reactant encounter could be simplified in order to extend their application to catalysis.

Figure 1 .

 1 Figure1. General considerations about the Native Chemical Ligation (NCL) reaction. A) Principle of the native chemical ligation reaction (some functional groups on amino acid side chains are represented in gray on each peptide segment. For the sake of clarity, they will not be shown in the following figures). B) Most common applications of the NCL reaction. Various examples can be found in references[1c, d, 4] .

Figure 3 .

 3 Figure 3. Activation of the thioester partner through nucleophilic acyl substitution is key to NCL rate enhancement by in situ generation of more efficient acyl donors. A) The mechanism of the NCL reaction catalyzed by nucleophile additives involves the formation of an acyl-nucleophile intermediate. B) Nucleophilic catalysis operates on the condition that the acyl-Nu intermediate is a better acyl transfer reactant than the starting thioester. C) Types of nucleophilic catalysts.

Figure 4 .

 4 Figure 4. NCL catalysis by thiol additives. A) Principle of NCL catalysis by thiols. B) Identification of an appropriate thiol catalyst depending on starting thioester's nature: as a rule of thumb, thiol catalysts being more acidic (from top to bottom on the pKa scale) than the departing thiol have a catalytic effect. Examples are provided at the left of the figure.The pKa given for SMDMAP is a predicted value taken from reference[13] .

Figure 5 .

 5 Figure 5. Compatibility of the NCL catalyst with one-pot post-ligation desulfurization methods. A) General mechanism of metal-free desulfurization (MFD) and its inhibition by aryl thiols. B) Some thiols used for one-pot NCL/MFD protocols. C). Nucleophilic catalysis by Nsp 2 -nucleophiles is compatible with one-pot NCL/MFD protocols.

Figure 6 .

 6 Figure 6. Catalysis of N,S-acyl shift-mediated ligations. A) Catalysis of SEA ligation by selenol compounds. B). Catalysis of SEAlide-mediated ligation by a dual phosphonic acid-aryl thiol catalyst.

Acknowledgements

This work was supported by the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), the University of Lille Nord de France and Institut Pasteur de Lille.

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interest.

Table of contents entry

Nucleophilic catalysis is key to the acceleration of the native chemical ligation (NCL) reaction and thus, to its application for protein synthesis, functionalization and utilization in chemical biology. The present concept article discusses the fundamental principles of NCL rate and catalysis with emphasis on thiol nucleophiles.

Institute and/or researcher Twitter usernames: @Melnyk_Group; @PcsDb


domain: qfin shs

text:
Keywords: Information durable, Décarbonation, Gaz à effet de serre

Introduction

L'objectif de l'accord de Paris (COP 21), adopté par plus de 170 pays en 2015, est de contraindre le réchauffement climatique à des niveaux bien inférieurs à 2°C, voire 1,5°C, par rapport aux niveaux préindustriels (CCNUCC, 2015 ;[START_REF] Rogelj | A new scenario logic for the Paris Agreement long-term temperature goal[END_REF]. Dans le cadre de cet accord, de nombreuses régions du monde ont proposé des objectifs spécifiques pour l'atténuation des gaz à effet de serre (GES) et des politiques environnementales plus strictes [START_REF] Liobikiene | The European Union possibilities to achieve targets of Europe 2020 and Paris agreement climate policy[END_REF][START_REF] Sobrinho | Green with savvy? Brazil's climate pledge to the Paris Agreement and its transition to the green economy[END_REF]Zhou et al., 2021) mais beaucoup reste à faire (UNEP, 2020 ; GIEC 2022).

Le rôle des villes et de leurs acteurs dans la création d'une société durable à faible émission de carbone est essentiel [START_REF] Georgeson | Adaptation responses to climate change differ between global megacities[END_REF][START_REF] Sun | Contribution of urbanization to warming in China[END_REF]. Les villes couvrent 3 % de la surface de la Terre, accueillent la moitié de la population mondiale, sont responsables de plus de 70 % des émissions de GES et de près de 80% de la consommation mondiale d'énergie (IEA, 2012 ;IIASA, 2012 ;[START_REF] Wei | Keeping Track of Greenhouse Gas Emission Reduction Progress and Targets in 167 Cities Worldwide[END_REF]. On s'attend à ce que, d'ici 2050, 70% de la population mondiale vive dans des zones urbaines.

Avec le Green Deal, l'Union européenne (UE) s'engage de manière contraignante à ce que les États membres réduisent fortement les émissions de GES à l'horizon de 2030 [START_REF] Drysdale | Energy Vision Strategies for the EU Green New Deal: A Case Study of European Cities[END_REF]. Dans de cadre, de nombreuses villes de l'UE se sont engagées à réduire leurs émissions de GES, voire atteindre la neutralité carbone [START_REF] Reckien | How are cities planning to respond to climate change? Assessment of local climate plans from 885 cities in the EU-28[END_REF]. Cependant [START_REF] Salvia | Will climate mitigation ambitions lead to carbon neutrality? An analysis of the local-level plans of 327 cities in the EU[END_REF], après avoir évalué les plans de 327 villes de l'UE, ont montré que beaucoup de villes devraient doubler leurs ambitions pour atteindre les objectifs fixés par l'Accord de Paris.

Pour s'engager dans une politique de décarbonation et agir en faveur du changement climatique, les villes doivent disposer d'information, de données et d'indicateurs afin d'établir des bilans comparés des émissions de GES et d'identifier les grandes lignes des actions menées par les villes.

L'objectif de cet article est d'analyser l'information durable [START_REF] Nolin | Sustainable information and information science[END_REF] sur laquelle les villes adossent leur stratégie de décarbonation. Notre recherche questionne les méthodes de comptabilisation des émissions carbone mais aussi les enjeux infocommunicationnels de la production de ces indicateurs. Ces indicateurs sont-ils suffisants et pertinents ; permettent-ils d'évaluer l'efficacité des politiques de réductions des émissions de GES ; permettent-ils de sensibiliser les citoyens et de les inciter à soutenir de manière active cette décarbonation ? Dans un premier point nous présenterons la façon dont la décarbonation des villes est mesurée et les enjeux info-communicationnels de la production de cette information. Nous étudierons ensuite la stratégie de décarbonation de 12 villes européennes pour finir par une analyse critique de l'information durable disponible en matière de décarbonation des villes.

La mesure de la décarbonation des villes

Aborder la décarbonation des villes revient non seulement à mesurer les émissions de GES mais surtout à établir un bilan carbone dans une perspective relativement longue pour appréhender les tendances et les évolutions en matière de décarbonation. Les méthodes de comptabilisation sont complexes car non encore unifiées, et reposent essentiellement sur de l'auto-déclaratif. Les données sont regroupées au sein de plateformes et de bases de données disponibles en open data. Ces données présentent des enjeux info-communicationnels pour les villes et leurs parties-prenantes.

Une méthode basée sur l'auto-déclaration

Pour appréhender la décarbonation, il faut d'abord être en mesure de mesurer les émissions de CO2 des villes. Deux méthodes semblent désormais s'imposer, celle de l'Intergovernmental Panel on Climate Change Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories plus connu sous le nom de « méthode du GIEC » (IPPC, 2019) et celle proposée par le Global Protocol for Community Greenhouse Gas Emissions Inventories (GPC, 2014). Cette dernière ambitionne de devenir la norme internationale recommandée pour la comptabilisation des émissions de GES des villes. Ces organisations proposent aux villes de suivre une méthodologie précise pour renseigner au mieux les émissions de GES et rendre les données comparables.

Ces méthodes présentent des différences dans les exigences de comptabilisation, en particulier pour les émissions hors des « frontières » urbaines liées aux activités intérieures. Cela peut conduire à des résultats différents, pour une même ville. Dans ces protocoles, la comparaison des détails des émissions transfrontalières est nécessaire. On devrait être en capacité de mesurer les émissions territoriales et d'y ajouter les émissions incorporées dans les importations et d'en déduire les émissions incorporées dans les exportations [START_REF] Chen | Review on city-level carbon accounting[END_REF].

Toutes les villes ou agglomérations sont amenées, sur la base du volontariat, à fournir un ensemble de données standardisées en répondant à un questionnaire annuel. Ce travail d'harmonisation est important pour permettre l'évaluation et la comparaison des progrès de l'atténuation des émissions de GES dans le temps et l'espace.

C'est sur cette base déclarative que nombres d'auteurs ont évalué l'efficacité des progrès en matière de réduction des émissions de GES ou des objectifs climatiques dans certaines villes [START_REF] Chen | Review on city-level carbon accounting[END_REF][START_REF] Chen | Network environ perspective for urban metabolism and carbon emissions: a case study of Vienna, Austria[END_REF]Drozdz et al., 2021). Cependant, il n'existe pas de bilan global des villes à différents stades de développement à l'échelle sectorielle (transport, bâtiments, déchets, etc.) et les comparaisons entre les différentes années sont souvent incohérentes. Il est également essentiel de comparer les objectifs de réduction des émissions de carbone entre les villes, ce qui est important pour évaluer les écarts entre les progrès actuels et les attentes futures en matière d'atténuation. En fait, il semble plus facile de suivre les trajectoires individuelles des villes que de les comparer.

Les bases de données disponibles

Le Carbon Disclosure Project est une plateforme mondiale qui permet aux villes de publier des informations sur leur plan d'action climatique et sur les réalisations accomplies en matière de réduction des GES. La base de données comprend des informations provenant d'un questionnaire volontaire que les représentants des villes remplissent chaque année. Cette plateforme dispose de la collection la plus complète de données environnementales auto-déclarées au monde. Elle contient des données sur les émissions de GES, l'atténuation du changement climatique, les plans d'adaptation et les objectifs climatiques. Le CDP a une couverture élevée des villes mondiales et une qualité de données relativement bonne disponibles en open source.

Le CDP collabore avec la Convention mondiale des maires pour le climat et l'énergie et avec le C40 cities, réseau qui relie 97 des plus grandes villes du monde pour lutter contre le changement climatique en fournissant des informations sur les émissions de carbone et les plans de réduction des émissions de GES. Le CDP collabore avec l'ICLEI pour la durabilité et d'autres organisations qui oeuvrent en faveur de l'action climatique au niveau local.

Au niveau européen, le réseau Euro Cities regroupe les 200 principales villes européennes de 38 pays. L'ambition est de proposer aux 130 millions d'habitants concernés, une meilleure qualité de vie en partenariat avec l'UE dans une logique bottom-up de changements issus du terrain. L'Agence européenne pour l'environnement en collaboration avec son Centre thématique européen sur l'atténuation du changement climatique et l'énergie (CTE/CME), compile et traite les données transmises par les États membres. L'Agence analyse également les tendances passées et à venir ainsi que les facteurs sous-jacents des émissions de GES. Elle est en mesure de renseigner sur les progrès de l'UE en matière de réduction des émissions de GES dans son rapport annuel.

Nous sommes bien en présence d'une information durable au sens de « information for sustainable development » de Nolin (2011). Cette information, ici centrée sur les émissions de GES, propose des indicateurs en appui des politiques publiques, est de nature participative (auto déclaration) et est collectée et diffusée par des systèmes d'information accessibles à tous (base de données en open source).

Les enjeux info-communicationnels de la production des données

La production de l'information durable, notamment dans le cas du suivi des émissions de GES, nécessite des compétences techniques particulières au sein des municipalités, ce qui engendre des coûts financiers. Derrière la production et la publication des informations, les villes font donc un choix politique qui fait référence à un type particulier de gouvernance, la gouvernance climatique. Cette gouvernance repose sur une approche multi-acteurs qui s'appuie tant sur une coordination verticale qu'horizontale [START_REF] Fröhlich | Conceptualising Climate Change Governance[END_REF][START_REF] Kern | Governing Climate Change in Cities: Modes of Urban Climate Governance in Multi-Level Systems[END_REF] de nature participative dont l'objet est de relever les défis du changement climatique et promouvoir la durabilité. La gouvernance doit faciliter la :

• coordination entre les différents échelons territoriaux notamment pour les métropoles ;

• planification des actions à mener selon les secteurs (énergie, transports, bâtiments, urbanisme, eau, déchets) ;

• collaboration entre les diverses parties-prenantes pour mobiliser les ressources notamment financières, partager les connaissances et mettre en place des solutions innovantes ;

• mesure des progrès (collecte de données fiables sur les émissions de carbone, mise en place d'indicateurs de suivi et de reporting).

Du point de vue info-communicationnel, les enjeux de la décarbonation des villes sont importants. Il s'agit pour la ville de communiquer sur ses intentions et ses réalisations (campagnes de sensibilisation ciblées, communication multicanal) afin d'embarquer les parties-prenantes (citoyens et acteurs localisés) dans le soutien à sa politique de décarbonation. Il est alors nécessaire de mettre en place des d'interactions locales et de donner du sens à l'action de la ville d'abord en formant et éduquant les citoyens, ensuite en incitant les parties-prenantes à contribuer à la décarbonation souvent de manière très concrète et factuelle (participation citoyenne, partenariats, projets pilotes, etc.) sans omettre la mise en valeur des réalisations (succès, bonnes pratiques).

Pour les citoyens, les enjeux de la décarbonation sont liés à l'amélioration du cadre de vie à plusieurs niveaux :

• Amélioration de la qualité de l'air ce qui a un impact direct sur la santé publique ;

• Transition vers des systèmes énergétiques bas-carbone (énergies renouvelables) ce qui contribue à la réduction des couts énergétiques et à la réduction de la dépendance à l'énergie carbonée ;

• Création de nouvelles opportunités d'emplois « verts » ;

•

Les actions des villes pour réduire les émissions de GES

Les villes de l'échantillon ont fixé des objectifs de réduction de carbone clairs, parfois ambitieux, et traçables. La plupart des villes arrive à réduire leurs émissions de GES à la suite d'actions de réduction des émissions, de changement technologique, de la diminution de l'utilisation du chauffage urbain et du fioul domestique ou encore à l'amélioration de l'efficacité énergétique, mais aussi en raison de la réduction de la population et de la crise économique.

Discussion et analyse critique de l'information durable disponible

Afin de limiter le réchauffement climatique à 1,5•C au cours de ce siècle, les villes doivent mener une politique de développement durable axée sur l'innovation. En outre, des instruments doivent être mis en place pour faciliter cette transformation et la mise à niveau des industries traditionnelles ainsi que le développement de chaînes d'approvisionnement plus propres et le passage à un mode de vie à faible émission de carbone. Plusieurs recommandations en matière de politique publique peuvent être formulées pour faire progresser les actions climatiques futures dans les villes.

Des stratégies d'atténuation plus efficaces ciblant des secteurs clés

L'énergie consommée par le parc immobilier (résidentiel et d'entreprises) et les transports routiers sont les deux principaux secteurs responsables des émissions de GES des grandes métropoles. Des mesures telles que la promotion d'audits énergétiques sur la consommation d'énergie des bâtiments [START_REF] Kontokosta | The impact of mandatory energy audits on building energy use[END_REF], l'ajustement des structures des bâtiments [START_REF] Li | Low carbon heating and cooling of residential buildings in cities in the hot summer and cold winter zone -a bottom-up engineering stock modeling approach[END_REF], et le contrôle et la réduction des activités de construction inutiles [START_REF] Zhang | Modelling of energy consumption and carbon[END_REF] devraient être envisagées pour atteindre l'objectif d'émission nette zéro des bâtiments.

Les villes dont la population est importante, dont les infrastructures de transport se développent rapidement et dont la demande de déplacements est élevée ont tendance à avoir une part plus importante d'émissions liées au transport. Le contrôle efficace des émissions des transports suppose la mise en place de divers outils par les décideurs. Par exemple, les services publics peuvent systématiquement acheter des véhicules propres. En outre, les combustibles fossiles utilisés dans les transports devraient être remplacés par des énergies plus propres comme l'hydrogène et les biocarburants [START_REF] Axsen | Crafting strong, integrated policy mixes for deep CO2 mitigation in road transport[END_REF], et promouvoir le développement du parc de véhicules électriques tant dans les transports publics que privés (Safarzy'nska et al., 2018). De plus, les normes d'émissions routières devraient être améliorées et mises à jour pour minimiser l'impact des véhicules à essence et diesel existants [START_REF] Thiel | The impact of the EU car CO2 regulation on the energy system and the role of electro-mobility to achieve transport decarbonization[END_REF]. La mise en place d'incitations économiques telles qu'un système de monnaie carbone pour les personnes employant des mobilités douces comme c'est le cas à Lahti (Finlande), peut être un élément facilitateur de la transition énergétique.

En outre, la gestion des déchets et le recyclage ne doivent pas être ignorés [START_REF] Weidner | The potential of urban agriculture in combination with organic waste valorization: assessment of resource flows and emissions for two European cities[END_REF]. Comme le montrent nos résultats, pour certaines villes telles que Lahti, la contribution de l'élimination des déchets aux émissions totales est relativement élevée.

Il est très important pour décarboner d'être en mesure de renforcer la réutilisation des déchets sous forme de nouveaux produits à faible teneur en carbone comme la réutilisation de la biomasse pour la production d'énergie [START_REF] Tripathi | Biomass waste utilization in low-carbon products: harnessing a major potential resource[END_REF]. Une gestion appropriée des déchets solides peut aider à optimiser l'utilisation des ressources, tendre vers le « zéro déchet » et donc contribuer à la construction d'une économie circulaire [START_REF] Fernandez-Brana | Turning waste management into a carbon neutral activity: Practical demonstration in a medium-sized European city[END_REF].

Renforcement de la méthodologie d'évaluation des progrès en matière de réduction des émissions

Pour évaluer l'efficacité des politiques de réduction des émissions de carbone dans les zones urbaines, il est nécessaire de compiler des bilans d'émissions précis et chronologiques en utilisant une méthodologie cohérente. À l'heure actuelle, malgré les nombreux efforts déployés pour établir le compte carbone des différentes villes, il n'existe toujours pas de base de données dynamique de grande qualité sur les émissions de GES des villes à l'échelle mondiale. La plupart des villes ne disposent pas de bilans d'émissions de GES comparables dans le temps à un niveau sectoriel détaillé.

Certaines villes américaines et européennes ont développé des bilans d'émissions de GES relativement complets (par ex. Lahti, Turku, Malmö) tandis que d'autres villes ne disposent de données d'émissions que pour quelques années ou ne rapportent pas les émissions de certains secteurs (par ex. Berlin, Barcelone). La mise en place de données traçables, transparentes et disponibles sur longue période, sur les émissions de GES favoriserait une meilleure collaboration entre les grandes villes.

En outre, les comptes-carbone basés sur la consommation et sur les infrastructures ont été de plus en plus adoptés pour déterminer l'impact climatique et les responsabilités des villes en matière d'atténuation [START_REF] Chen | Changing urban carbon metabolism over time: historical trajectory and future pathway[END_REF][START_REF] Ramaswami | Carbon analytics for net-zero emissions sustainable cities[END_REF]. Le développement de bases de données mondiales reposant sur la consommation et l'infrastructure devrait également être à l'ordre du jour. L'amélioration du système de notification et de la qualité des données relatives aux émissions de GES serait préférable pour l'évaluation des processus de décarbonation. Cela impose des exigences plus élevées en matière de collecte de données de base, tant en termes de volume de données que de niveau de précision.

Des objectifs de réduction plus ambitieux et plus faciles à suivre

  Contribution à la résilience urbaine et à la lutte contre le réchauffement climatique 3. La décarbonation de 12 villes de l'union européenne 3.1. Échantillon et données explorées Notre échantillon comprend les 12 villes européennes suivantes, classées par ordre alphabétique : Barcelone (Espagne), Berlin (Allemagne), Braga (Portugal), Copenhague (Danemark), Heidelberg (Allemagne), Helsinki (Finlande), Lahti (Finlande), Malmö (Suède), Paris (France), Stockholm (Suède), Turin (Italie), Turku (Finlande). Il s'agit de 12 régions urbaines (villes ou zones métropolitaines) de 8 pays de l'UE, sélectionnées en fonction de la représentativité de la taille des villes et de la distribution régionale. Ces échantillons urbains représentatifs sont généralement des villes centrales, des zones urbaines importantes voire des régions métropolitaines dans leur pays. La sélection des villes est basée sur l'ambition des objectifs climatiques à l'échelle de la communauté en termes de % d'émissions de GES à atténuer d'ici 2050 ou avant. De ce fait, toutes ces villes sont ou ont été classées dans la « liste A » établie par le Carbon Disclosure Project. Cette « liste A » a été établie en 2018 à la suite de la COP 21 et fait l'objet d'une actualisation régulière. Il s'agit de recenser les villes qui ont réalisé des progrès majeurs depuis la signature de l'accord de Paris et se sont fixé des objectifs ambitieux en matière de changement climatique. Comme le montre le tableau 1, deux villes de notre échantillon sont classées depuis 2018 (Barcelone et Paris), sept villes sont entrées dans le classement en 2019 (Berlin, Heidelberg, Lahti, Malmö, Stockholm, Turin et Turku) et 3 villes en 2020 (Braga, Copenhague, Helsinki). Les deux derniers classements (2021 et 2022) voient des villes sortir du classement. Il s'agit de Heidelberg, Malmö et Turin qui sont sorties en 2021 et de Berlin, Copenhague, Heidelberg, Helsinski, Stockholm et Turin en 2022. Ces villes n'ont probablement pas maintenu leurs engagements en raison de la pandémie de coronavirus. Par ailleurs, la moitié de ces villes ont été finalistes ou ont obtenu le European Green Capital Award, récompense qui couronne les efforts des villes soucieuses de proposer à leurs citoyens une vie urbaine respectueuse de l'environnement. Il s'agit d'une initiative prise en 2006 par 15 villes européennes (Tallinn, Helsinki, Riga, Vilnius, Berlin, Varsovie, Madrid, Ljubljana, Prague, Vienne, Kiel, Kotka, Dartford, Tartu et Glasgow) et l'Association des villes estoniennes. Cette initiative est relayée et soutenue par la Commission européenne depuis 2008. Elle valorise les initiatives locales qui peuvent ensuite être partagées avec d'autres villes au titre de l'échange de bonnes pratiques selon une logique bottom-up. Tableau 1: Les 12 villes de notre échantillon Sources : CDP « Liste A » ; EU cities, C40Les sources de données utilisées dans notre étude sur les villes sont les bases de données publiques de C40 Cities, EU Cities, l'Agence européenne pour l'environnement et la plateforme Carbon Disclosure Project qui est notre principale source d'information, car toutes les villes ou agglomérations ont volontairement fourni un ensemble de données standardisées en répondant à un questionnaire annuel. Cette base étant très riche, nous avons principalement exploré les données relatives aux émissions de GES dénommée city-wide emission disponible pour les années 2019, 2020 et 2021. Comme les villes sélectionnées disposent de bilans d'émissions de GES depuis au moins deux ans nous pourrons comparer les progrès de la réduction des émissions de GES. Nous avons également utilisé la base CDP renewable energy de 2020 qui précise les cibles des villes en matière d'énergie renouvelable. Nous avons ensuite exploité la base Mitigation actions qui recense les cibles et les actions en faveur de la réduction des émissions de GES. Enfin, la base Governance, renseigne sur l'intégralité des actions menées par les villes au-delà de la décarbonation (changement climatique). Cette base de données permet d'analyser des objectifs de réduction des émissions de carbone fournis par les villes.

  Les transports publics et privés constituent une préoccupation majeure partagée par toutes les villes de notre échantillon. Il s'agit de réaliser des économies de carburant et de réduire les émissions de CO2 des transports en communs (hydrogène, électrique). Toutes les villes misent sur le vélo, et les voitures électriques et surtout sur la réduction des véhicules privés par une meilleure gestion de la demande de transports (covoiturage, etc.). Il s'agit de favoriser les mobilités peu carbonées et de développer les infrastructures autour du vélo.

	Actions »
	Tableau 2 : Actions des villes par secteurs pour réduire les émissions de GES
	L'énergie stationnaire et le transport routier sont
	les principaux responsables des émissions de GES des villes. Parmi tous les utilisateurs
	d'énergie stationnaire, les bâtiments résidentiels et institutionnels jouent un rôle
	important.
	Les principales mesures prises par les villes concernent pour l'essentiel six secteur qui
	sont détaillée dans le tableau 2. S'agissant des approvisionnements en énergie, les
	villes étudiées cherchent à optimiser la production traditionnelle d'électricité/énergie

(chauffage urbain, stockage de l'électricité) et à privilégier la production d'énergie à faible ou à zéro émission de carbone (biogaz, solaire, éolien). Les villes visent l'efficacité et la sobriété énergétique dans les bâtiments publics et privés, notamment les logements dans les parcs immobiliers anciens. Beaucoup de villes en sont au stade de la feuille de route et de l'affichage des intentions sauf en matière d'abandon des systèmes de chauffage au fioul et de développement du solaire. Concernant les déchets, les villes cherchent à améliorer l'efficacité de la collecte et viser le zéro déchet. Elles cherchent ensuite à produire avec ces déchets du biogaz. Certaines villes tentent de transformer les eaux usées en énergie (Copenhague, Lahti). Côté développement urbain, les villes tentent dans le cadre des réhabilitations à développer des écoquartiers, les transports en commun, l'agriculture urbaine, la biodiversité et les espaces verts pour renforcer les puits de carbone. D'autres comme Braga ou Lahti se lancent dans le concept de « villes compactes ». L'action sur les infrastructures (hors transports) concerne l'éclairage public en LED et les éclairages « intelligents » (Paris, Barcelone) et la mise en place de capteurs (Barcelone, Paris, Turin).

  Bien que de nombreux pays aient annoncé des engagements climatiques ambitieux, les objectifs climatiques semblent moins clairs et moins disponibles pour de nombreuses villes. Peu de villes dans le monde, y compris en Europe, ont des objectifs climatiques traçables. Les villes de la plupart des pays développés ont fixé des objectifs climatiques clairs à long terme, tels que la neutralité carbone d'ici 2050. En comparaison, un grand nombre de villes des régions en développement préfèrent des objectifs d'intensité et des objectifs de scénario de référence qui sont généralement basés sur le court ou le moyen terme, ce qui n'est pas entièrement compatible avec les objectifs climatiques mondiaux. À un certain stade, l'intensité de carbone est un indicateur utile de la décarbonation de l'économie et offre une meilleure flexibilité aux villes qui connaissent une croissance économique rapide et une augmentation des émissions. Mais à long terme, il est essentiel de passer des objectifs d'intensité aux objectifs absolus dans les villes pour atteindre la neutralité carbone mondiale d'ici 2050.En outre, des objectifs spécifiques décomposés en différents secteurs (par exemple, des objectifs spécifiques pour la consommation d'énergie, les transports et les déchets) sont nécessaires pour atténuer les écarts d'émissions. Copenhague prévoit d'atteindre une réduction de 20 % de la consommation de chaleur en 2025 par rapport à 2010 et des émissions nettes de carbone nulles dans les transports publics d'ici 2025(CPH, 2012). Une large coopération entre les gouvernements, les communautés d'affaires, les institutions de recherche et les organisations sociales est nécessaire pour fournir des solutions technologiques synergiques en vue d'atteindre les objectifs de réduction des émissions sectorielles. Les objectifs climatiques pour les différents secteurs et industries devraient être conçus de manière simple et facilement traçable, et permettre une comparaison transparente au niveau sectoriel entre les villes[START_REF] Levin | Commentary: Climate Action for Today and Tomorrow: The Relationship between NDCs and LTSs[END_REF].Il convient de noter certaines limites et incertitudes. Tout d'abord, les définitions de l'unité de compte sont diverses et parfois incohérentes d'une ville à l'autre, ce qui rend difficile l'évaluation des villes à la même échelle géographique et à la même gouvernance, compte tenu des données actuelles. Cela peut introduire des incertitudes dans les comptes et bilans carbone. Par exemple, certaines mesures d'atténuation du changement climatique devraient avoir lieu dans des zones suburbaines voisines ou à un niveau plus élevé de la métropole (comme la réduction du carbone du transport interurbain et l'élimination des déchets en dehors du centre-ville). De récentes publications[START_REF] Harris | Low carbon cities in 2050? GHG emissions of European cities using production-based and consumption-based emission accounting methods[END_REF][START_REF] Eib | Methodologies for the assessment of Project GHG Emissions and Emissions Variations[END_REF] suggèrent qu'il faut lier les comptabilités en termes de production et en termes de consommation, ce qui nous semble pertinent.De plus, la plupart des estimations reposent sur des paramètres issus d'études techniques qui sont appliqués à des mesures d'activité basées sur des enquêtes pour le transport, la production d'énergie et l'industrie manufacturière. L'avènement de la mesure du CO2 par satellite a considérablement élargi le champ d'application des évaluations des performances en matière d'émissions[START_REF] Dasgupta | Urban CO 2 emissions. A global analysis with new satellite data[END_REF]. Des observations à haute résolution des concentrations atmosphériques de GES sont désormais disponibles à partir de plusieurs plateformes, notamment les instruments OCO-2 et OCO-3 de la NASA, les plateformes METOP-A et TROPOMI (Sentinel-5P) de l'Agence spatiale européenne, et les satellites GOSAT et GOSAT-2 de l'Agence japonaise d'exploration spatiale.Enfin, la structure de gouvernance locale influence la manière dont un territoire entreprend des actions climatiques et l'efficacité potentielle de ces actions(Linton et al. 2020, Van Der Heijden 2019). Si la politique de décarbonation doit être ajustée aux spécificités de chaque ville en (culture locale, priorités spécifiques), il n'en demeure pas moins que chaque ville doit engager une stratégie de communication pour promouvoir l'information durable et les solutions durables et, de ce fait, embarquer dans son sillon les parties-prenantes. L'information durable doit venir en soutien de la stratégie de décarbonation des villes européennes en favorisant la transition vers des villes à faible émission de carbone. En définitive, la décarbonation des villes est un résultat mais surtout un processus collaboratif et participatif. emission from the building construction sector in China, a process based LCA approach. EnergyPolicy, 134, 110949. Zhou, S., Tong, Q., Pan, X., Cao, M., Wang, H., Gao, J., et Ou X. (2021). Research on lowcarbon energy transformation of China necessary to achieve the Paris agreement goals: a global perspective. Energy Economics 95:105137. doi: 10.1016/j.eneco.2021.105137.

	Conclusion
	La production de données sur la décarbonation des villes est essentielle pour évaluer les
	progrès, identifier les domaines d'action prioritaires et orienter les politiques et les
	initiatives futures.

Sources : D'après CDP Cities, City-wide Emissions (2021), fichier « Cities Emissions Reduction Targets &