Les coûts de réduction des émissions de gaz à effet de serre

Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et Forêts 19° Novembre 2004

Les coûts de réduction des émissions

de gaz à effet de serre

Emeric Fortin

Plan

La notion de coût Evolution dans le temps des coûts et

When Flexibility Typologie des modèles Présentation et analyse des évaluations

des coûts de réduction des émissions de gaz à effet de serre

Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et Forêts 19 Novembre 2004

Taxinomie des coûts Coûts techniques Coûts macroéconomiques Coûts en bien-être


Coûts techniques + Coûts de conversion, d’adaptation Au niveau de l’ingénieur

Au niveau sectoriel

Analyse d’équilibre partiel

Coûts sectoriels (Analyse des effets de système)

Au niveau national

Analyse macroéconomique en économie fermée

Coûts macroéconomiques, coûts en bien-être

Au niveau international

Intégration des flux de capitaux internationaux

Effets d’entraînement, compétitivité

Au niveau de l’ingénieur

Au niveau sectoriel

Analyse d’équilibre partiel

Au niveau national

Analyse macroéconomique en économie fermée

Au niveau international

capitaux internationaux

Effets d’entraînement, compétitivité

Qu’est-ce qu’une tonne abattue Scénario de référence / situation de référence

Métriques

Sommation des flux :

Stocks moyens :

Flux actualisés :


T

sf0

m f f t dt

T t

sm0 0

1m f f s ds dtT

T

tfa

0

m f f t e dt

Qu’est-ce qu’une tonne abattue


X10

9X10X10

X10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Moyenne

Projet 1

Flux d'abattement X 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Stock d'abattement 0 X X X X X X X X X

Projet 2

Flux d'abattement

0 0 0 0 0 0 0 0 X 0

Stock d'abattement

0 0 0 0 0 0 0 0 0 X

tot tot totC C C10 1,19X 9 X X10

tot totC C10X X10

Coût avec la métrique des stocks :

Coût avec la métrique des flux :

Qu’est-ce qu’une tonne abattue


Exemple : Nombre total de tonnes abattues : XDurée : 10 ansRythme annuel d’abattement : X/10 Taux d’actualisation des tonnes : 5% par anCoût total :

5X10

0,77X

totCX

totC2X

tot totC C1,2950,77X X

Métrique Sommation des flux Stock moyen Flux actualisés

Tonnes ou tonnes actualisées

Coût par tonne

X

totC

Coûts techniquesNotion de VAN :Un projet est défini par la donnée de coûts initiaux, , et de coûts et bénéfices futurs, .

0Ct tC et B

t t t tt t t

t t t

B C B CVAN (1 i) (1 i) (1 i)

Notion de durée de récupération :Le temps de récupération d'un projet est égal à la durée d'exploitation de l'équipement nécessaire pour que les revenus dégagés permettent de récupérer le montant de l'investissement. Lorsque les flux de trésorerie peuvent être supposés constants, on a:

m

IDF

où le taux d'actualisation retenu est le taux d'intérêt i

où D représente la durée de récupération, I le montant de l'investissement et Fm le flux de trésorerie d'une année d'exploitation "moyenne".

Coûts techniquesCoût

(en € par tonne)

Niveau de dépollution

Potentiel sans regret

Production

Potentiel de réduction des émissions.

I

I'

B

B'

C

C'

A

A'


Coûts macroéconomiques en économie fermée

Effets d’interaction entre les secteursThéorème Sonnenschein-Debreu-Mantel

qx

pxp1 p2

d1

d2

d'2

d''2

D

D'

D''

Politique fiscale

Effet d’interaction des taxes : triangle de Harberger

D

P1

P0

Q1 Q0

t

D0

D1

AR

Pm

D

P1

P0

Q1 Q0

t

D0

D1

AR

Pm

P2D2

B

R' A'

t

Sans taxe pré-existante Avec taxe pré-existante

Q2

Coûts macroéconomiques en économie ouverteModification des termes de l’échange Permis d’émissions négociables

Fuites de carbone

CmA

Tonnes abattues par rapport au scénario de référenceq1q'1 q2 q'2O

A

A'

B

B'

p1

p2

p'

CmA1 CmA2

I1 I2

Potentiel sans regret

Coût total d'abattement($/tonne CO2 Equiv)

Réduction des émissions (en tonne/à une situation de référence)

Pente de la corde = Coût moyen de réductionPente de la tangente =

Coût marginal de réduction

Coût marginal d'abattement($/tonne CO2 Equiv)

Réduction des émissions (en tonne/à une situation de référence)q

CmA

CmB

O B

CmA(q)

CmB(q)

O B

A

R

R

Du coût marginal au coût total

CTACTB

CTA (q)

CTB (q)

Evolution des coûts dans le temps Type d'effet Evolution du coût entre deux périodes

Démographie Inférieur si prise en compte d'effet d'échelle

Croissance exogène Indéterminé, dépendant du contenu de la croissance

Intensité énergétique Inférieur si prise en compte d'effet d'échelle et d'apprentissage

Contenu carbone de la croissance Peu d'effet a priori

Progrès technique autonome

Baisse des prix Inférieur

Apparition de nouvelles solutions Inférieur

Croissance induite Indéterminé, dépendant du contenu de la croissance

Progrès technique induit

Baisse des prix Inférieur

Apparition de nouvelles solutions

Inférieur

Modifications des préférences Inférieur

Capital de longue durée Aucun effetEcole Nationale du Génie Rural des Eaux et Forêts 19 Novembre 2004

Effe

ts in

dépe

ndan

ts

du c

hem

in su

ivi

Effe

ts d

épen

dant

s du

che

min

suiv

i

La When Flexibility

Ensemble d’arguments liés à : Développement technologique Stock de capital et inertie Effets sociaux et inertie Actualisation Cycle du carbone et changement radiatif Impacts du changement climatique

Opposition entre des arguments favorisant une modeste intervention à court terme et ceux justifiant un effort d’abattement important à court terme


Émissions de référence et émissions tendancielles

60

65

70

75

80

85

1995 2000 2005 2010 2015

Emis

sion

s en

GtC

Emissions de référence

Emissions optimales

Emissions tedancielles avec réponsesymétrique aux modifications de prix

Emissions tedancielles en l'absence deréponse à la baisse des prix

Niveau d'abattement considéré comme nécessaire pour atteindre le niveau d'émissions Et+1

Niveau d'abattement ef fectivement nécessaire pour atteindre le niveau d'émissions Et+1

Opt2005E

Opt2015E

Ref2005E

Ref2015E

TendN2015E

TendS2015E

2005A


Abattement optimaux selon le degré d’inertie

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Taux

d'a

batte

men

t

e = 0e = 0,65; Xi = 1

e = 1; Xi = 0,65


Coût marginal : analyse statique vs. dynamique

0

50

100

150

200

250

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

US$9

0 pa

r tC

CmA statique = CmA dynamique (e = 0)

CmA dynamique (e = 0,65; Xi = 1)

CmA statique (e = 0,65; Xi = 1)

CmA dynamique (e = 1; Xi = 0,65)

CmA statique (e = 1; Xi = 0,65)


Coût total d’abattement selon le degré d’inertie

0

200

400

600

800

1000

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

En m

illia

rds

de U

S$90

e = 0

e = 0,65; Xi = 1

e = 1; Xi = 0,65


Typologie des modèles Modèles Bottom-Up

Modèles tableursModèles de simulationModèles d’optimisation

Modèles Top-DownModèles INPUT-OUTPUTModèles macroéconomiquesModèles d’équilibre général calculableModèles d’optimisation dynamique

Modèles intégrés


Typologie des modèlesTop-Down Bottom-up

Dimension conceptuelle

1. Concepts et termes Approche économique Approche d'ingénieur

2. Traitement du capital Concept homogène et abstrait Description précise de l’équipement

3. Traitement du changement technique

Recours à des taux tendanciels, généralement exogènes

Menu des options technologiques

4. Force en action dans le modèle Réponses des agents économiques en fonction d’élasticités prix et revenus

Optimisation des choix technologiques en fonction d'un taux d’actualisation

5. Perception du marché Marchés parfaits Marchés imparfaits et présence de barrières

6. Potentiel d’amélioration de l’efficacité

Généralement faible Identification d’opportunités à coûts négatifs

Dimension structurelle Premiers modèles Modèles récents Premiers modèles Modèles récents

1. Endogénéisation des comportements

Elevée Elevée Faible En augmentation

2. Degré de détail sur les secteurs non liés à l’énergie

Moyen Moyen Faible En augmentation

3. Degré de détail sur les usages finals de l’énergie

Faible En augmentation Elevé Elevé

4. Degré de détail sur les technologies d’offre d’énergie

Faible En augmentation Elevé Elevé

5. Orientation prédictive Elevée En baisse Faible En augmentationEcole Nationale du Génie Rural des Eaux et Forêts 19 Novembre 2004

Les modèles intégrés

Chimie de l'atmosphère

Cycle océanique du carbone

Climat

Océan: - Température - Niveau de la mer

Cycle terrestre du carbone

Ecosystème non exploité

Culture et forêts

Hydrologie

Autres systèmes humains

Système énergétique

Agriculture, élevage et forêts

Système Côtier

Activités humaines Ecosystèmes

Composition atmosphérique Climat et niveau de la mer


0

50

100

150

200

250

300

350

-40% -20% 0% 20% 40% 60% 80%

Réduction des émissisons de GES

Coût

mar

gina

l par

tonn

e de

car

bone

(US

1990

$)

USA Japon

U.E. Canada

Irlande Italie

TOS

JAPON 1

Note: Une réduction négative des émissions de GEScorrespond à unaccroissement desémissions par rapport auxniveaux de 1990. Cetaccroissement implique uncoût marginal positif lorsqu'ilcorrespond à unaccroissement inférieur àcelui qui se serait produitdans une situation de laisser-faire.

EIA

IAT JABANY

LOUKA

JAPON 2 ECN-2

CAP 99GIEPIE

ESRI

YLKSGK

GKKR

[EIA] : EIA, 1998. [ESRI] : Conniffe et al., 1997. [IAT] : IAT, 1997. [TOS] : Contaldi et Tosato, 1999. [Capros-99] : Capros et al., 1999a. [Japon-2] : Kainuma et al., 1999.

[Japon-1] : Kainuma et al., 2000. [ECN-2] : Gielen et al., 1998. [LOUKA] : Loulou et al., 1998. [GKKR] : Gielen et al., 1999a. [YLKSGK] : Ybema et al., 1999. [GIEPIE] : Gielen et Pieters, 1999.

Résultats des modèles bottom-up


Résultats des modèles bottom-upPotentiel de réduction d'émissions à un coût inférieur ou égal

à 25 US$/tCO2 pour les pays en développement et les économies en transitionRéduction annuelle par rapport au scénario de référence

Pays MtC02/an %

Argentine (UNEP, 1999a) – 11.5

Botswana (UNEP, 1999c) 2,87 15.4

Chine (ALGAS, 1999a) 606 12.7

Equateur (UNEP, 1999b) 12,7 21.3

Estonie (UNEP, 1999g) 9,6 58.3

Hongrie (UNEP, 1999f) 7,3 7.6

Philippines (ALGAS, 1999e)

15 6.2

Corée du sud(ALGAS, 1999b)

5,3 5.7

Zambie (UNEP, 1999d) 6,09 17.5

Brésil (UNEP, 1994) – 29

Egypte (UNEP, 1994) – 52

Sénégal (UNEP, 1994) – 50

Thaïlande (UNEP, 1994) – 29

Venezuela (UNEP, 1994) – 24

Zimbabwe (UNEP, 1994) – 34Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et Forêts 19 Novembre 2004

Résultats des modèles top-townNiveau de la taxe en 2010 (en 1990 US$) Pertes de PIB en 2010 (%)

Modèle USA OCDE-E Japon CANZ USA OCDE-E Japon CANZ

ABARE-GTEM 322 665 645 425 1,96 0,94 0,72 1,96

AIM 153 198 234 147 0,45 0,31 0,25 0,59

CETA 168 1,93

G-Cubed 76 227 97 157 0,42 1,50 0,57 1,83

GRAPE 204 304 0,81 0,19

MERGE3 264 218 500 250 1,06 0,99 0,80 2,02

MIT-EPPA 193 276 501 247

MS-MRT 236 179 402 213 1,88 0,63 1,20 1,83

Oxford 410 966 1074 1,78 2,08 1,88

RICE 132 159 251 145 0,94 0,55 0,78 0,96

SGM 188 407 357 201

WorldScan 85 20 122 46

Minimum 76 20 97 46 0,42 0,31 0,19 0,59

Maximum 410 966 1074 425 1,96 2,08 1,88 2,02

Moyenne 209 347 435 209 1,28 1,02 0,85 1,48

Ecart-type 106,74 296,07 304,06 115,58 0,62 0,60 0,57 0,57

De l’importance d’un recyclage pertinentVariation de bien-être en Europe

avec un recyclage vers une baisse des cotisations sociales

-1,50%

-1,00%

-0,50%

0,00%

0,50%

1,00%

1,50%

2,00%

2,50%

0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00%

Réduction des émissions des GES

Varia

tion

de b

ien-

être

B

P

All

Dan

RU

RUP It

ItEsp

LuxDan

Ir

U.E.

Nor

B

All

All

All

All

FB

P-B

P-B

F

F

Ir

Esp

Lux

U.E.

U.E.

U.E.U.E.

Texte en : Noir : Variation de bien-êtreRouge : Variation de la consommation privéeBleu : Variation du PIB

F

F

F


De l’importance d’un recyclage pertinentVariation de bien-être selon le type de recyclage

-5,00%

-4,00%

-3,00%

-2,00%

-1,00%

0,00%

1,00%

2,00%

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%

Réduction des émissions de GES

Varia

ton

de b

ien-

être Nor

Ir

U.K

U.E.

U.E.

U.E.

U.E.

U.E.

All

All

All

AllDan

Den

F

Texte en : Noir : Variation de bien êtreRouge : Variation de la consommation des ménagesBleu : Variation du PIBPoint en : Noir : Subvention à l'investissementViolet : Recyclage forfaitaireVert : Réduction de la dette publiqueGris ; Réduction des taxes sur le capitalOrange : Réduction de la TVA


Impact redistributif

Entre les agents

Entre les secteurs

Entre les catégories de revenus


Bénéfices secondaires

Environnementaux

Santé publique

Technologique


Impact des hypothèses

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

10 20 30 40 50 60

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Cas le plus favorable : 1. Technologie backstop sans carbone disponible 2. Réponses efficientes des agents économiques (modèle EGC) 3. Substitution énergie / produit accru 4. Mise en œuvre conjointe 5. Recyclage efficace des revenus 6. Prise en compte des dommages liés à la pollution de l'air 7. Prise en compte des dommages liés au changement climatique

Cas le moins favorable : 1. Pas de technologie backstop sans carbone disponible 2. Réponses des agents économiques en partie efficientes (modèle macro) 3. Substitution énergie / produit minimale 4. Pas de mise en œuvre conjointe 5. Recyclage forfaitaire des revenus 6. Pas de prise en compte des dommages liés à la pollution de l'air 7. Pas de prise en compte des dommages liés au changement climatique

Impa

ct é

cono

miq

ue (%

de

chan

gem

ent d

u PI

B)

% d'abattement des émissions de CO2 par rapport au scéna-rio de référence


La Where FlexibilitySans commerce Commerce limité aux

pays de l'annexe I Commerce global

Modèle USA OCDE-E Japon CANZ

ABARE-GTEM 322 665 645 425 106 23

AIM 153 198 234 147 65 38

CETA 168 46 26

Fund 14 10

G-Cubed 76 227 97 157 53 20

GRAPE 204 304 70 44

MERGE3 264 218 500 250 135 86

MIT-EPPA 193 276 501 247 76

MS-MRT 236 179 402 213 77 27

Oxford 410 966 1074 224 123

RICE 132 159 251 145 62 18

SGM 188 407 357 201 84 22

WorldScan 85 20 122 46 20 5

Administration 154 43 18

EIA 251 110 57

POLES 135.8 135.3 194.6 131.4 52.9 18.4


La Where Flexibility

Sans commerce Commerce limité aux pays de l'annexe I Commerce global

Modèle USA OCDE-E Japon CANZ USA OCDE-E Japon CANZ USA OCDE-E Japon CANZ

ABARE-GTEM 1,96 0,94 0,72 1,96 0,47 0,13 0,05 0,23 0,09 0,03 0,01 0,04

AIM 0,45 0,31 0,25 0,59 0,31 0,17 0,13 0,36 0,20 0,08 0,01 0,35

CETA 1,93 0,67 0,43

G-CUBED 0,42 1,50 0,57 1,83 0,24 0,61 0,45 0,72 0,06 0,26 0,14 0,32

GRAPE 0,81 0,19 0,81 0,10 0,54 0,05

MERGE3 1,06 0,99 0,80 2,02 0,51 0,47 0,19 1,14 0,20 0,20 0,01 0,67

MS-MRT 1,88 0,63 1,20 1,83 0,91 0,13 0,22 0,88 0,29 0,03 0,02 0,32

Oxford 1,78 2,08 1,88 1,03 0,73 0,52 0,66 0,47 0,33

RICE 0,94 0,55 0,78 0,96 0,56 0,28 0,30 0,54 0,19 0,09 0,09 0,19


Importance du scénario de référenceModèle GES

Emissions(en millions de tonnes de CO2)

Réduction nécessaire (en %)

Prix des permis(Marché limité à

l'annexe B)

Prix des permis(Marché global)

1990 2010 Kyoto

EDGE 6 17 614 18 344 16 723 9 11

Zhang 6 18 112 19 062 17 171 10 3

GEM-E3 CO2 10 17 8

POLES CO2 14 450 16 331 13 673 12 17 6

CICERO 6 17 819 19 390 16 907 13 16

ECN 6 17 473 19 458 16 766 14 3

SGM 6 18 014 20 090 17 114 15 23 8

ECN CO2 14 044 15 664 13 194 16 19 4

GREEN 3 18 17

GTEM 3 17 640 21 620 16 758 22 26

Worldscan CO2 22 6

GREEN CO2 16 804 20 761 16 009 23 18 7

EPPA CO2 14 509 18 172 13 765 24 44 8

ISGM 6 17 809 22 282 16 753 25

GTEM CO2 25 36

Coefficient de corrélation total 0,76 0,36

Coefficient de corrélation pour les études multi-gaz 0,83 0,65

Coefficient de corrélation pour les études CO2 0,73 0,12

Compréhension des phénomènes

Prévisibilité des phénomènes

Incertitudes d’ordre théorique

Incertitudes d’ordre technique

Typologie de l’incertitude

- Caractère incomplet de l'information-Problèmes de frontières des systèmes présents, problèmes de définition des objets et des méthodes - Perceptions différentes

- Valeurs estimées des paramètres- Erreurs de mesures- Imparfaite qualité de bases de données- Erreurs dans le report des données- Approximations, agrégations et simplifications

- Propagation des erreurs de prédiction- Incertitude sur certaines valeurs (valeur de la vie humaine, taux d’actualisation…)


Compréhension des phénomènes

Prévisibilité des phénomènes

Incertitudes d’ordre théorique

Incertitudes d’ordre technique

Typologie de l’incertitude

- Incertitude liée à l’approche formelle - Structure conceptuelle du modèle- Erreurs de modélisation liées à l’inadéquation de la théorie au problème étudié ou à la complexité des systèmes naturels- Caractère incomplet de l'information- Incertitude sur les relations fonctionnelles

- Structure technique du modèle- Approximations, agrégation et simplifications- Erreurs dans les software et hardware

- Propagation des erreurs de prédiction- Erreurs systématiques lorsque d’une utilisation inadaptée du modèle- Approximations, agrégations et simplifications- Conflits rendant les conséquences d’un processus de prise de décision imprévisible- Erreurs dans les software et hardware


Documents

Les coûts de réduction des émissions de gaz à effet de serre