Classification des mod` eles ´ energie/environnement

Classification th´eorique des mod`eles

Pour situer les mod`eles ´energie/environnement, plusieurs distinctions sont utilis´ees : – Mod`ele th´eorique qui, dans une repr´esentation simplifi´ee de l’´economie, se concentre

sur les relations et les m´ecanismes du mod`ele ; ou alors mod`ele empirique qui consid`ere les effets r´eels des politiques dans les structures ´economiques ([58], p. 15).

– Le sens de la mod´elisation dans la pyramide sectorielle. L’approche bottom-up se rapproche de la vision de l’ing´enieur et consid`ere les attributs technico-´economiques des diverses sources ´energ´etiques et les interactions sectorielles pour en d´eduire, par agr´egation, les implications sur les variables g´en´erales de l’´energie et de l’envi- ronnement (demande d’´energie primaire, ´emissions de CO2. . .). Inversement, l’ap-

proche top-down, qui est plutˆot une vision de l’´economiste, part de ce niveau agr´eg´e, macro-´energ´etique, pour en d´eriver les multiples implications sectorielles ou techno- logiques2.

– Pour les mod`eles dynamiques, le sens de la mod´elisation `a travers le temps : on peut partir du point actuel et produire des sc´enarios possibles d’´evolution pour le futur. A l’inverse, on peut d´efinir une cible `a terme et d´eterminer les sentiers qui permettent d’y parvenir. Cette derni`ere approche porte le nom de mod´elisation in- verse ou d’analyse `a rebours.

– Les agents peuvent ˆetre myopes, en prenant leur d´ecision selon l’information dis- ponible `a la p´eriode pr´esente, ou alors avoir des anticipations parfaites et prendre leur d´ecision en prenant en compte le bien-ˆetre futur dans  une vision de long

terme. Dans le premier cas, le mod`ele est r´esolu `a chaque p´eriode sur un mode

r´ecursif  tandis que dans la seconde hypoth`ese le mod`ele est r´esolu pour l’en-

semble des p´eriodes en mˆeme temps ([58], p. 15).

2. La plupart des mod`eles actuels reposent sur une combinaison des deux approches (mod`eles hy-

– Une autre distinction s’effectue au niveau de la technique de g´en´eration des trajec- toires : par simulation ou par optimisation. Dans le premier sch´ema, on projette

une trajectoire possible selon un ensemble donn´e de politiques et de mesures(ap-

proche positive) tandis que dans le second, on calcule une trajectoire optimale `a

l’aide d’une fonction objectif, qui maximise le bien-ˆetre social ou minimise le coˆut de respect d’une contrainte donn´ee (approche normative) ([54], p. 203).

Figure 2.1 – D´etermination d’une trajectoire en mode coˆut-b´en´efice

Soit t = 1, 2, 3. La trajectoire optimale est d´etermin´ee en ´egalisant `a chaque p´eriode le coˆut marginal de r´eduction (CmR) et le coˆut social du carbone (CSC). On obtient en t la quantit´e d’abattement (qt) er le prix du carbone (pt).

– La d´etermination d’une trajectoire optimale peut s’effectuer dans deux paradigmes : le paradigme coˆut-b´en´efice (cost-benefit) ou le paradigme coˆut-efficace (cost-effect- ive). La m´ethode coˆut-b´en´efice consiste `a dresser une trajectoire ´egalisant `a chaque p´eriode de temps le coˆut marginal d’abattement d’une tonne suppl´ementaire de car- bone avec le coˆut social impliqu´e par l’´emission de cette tonne de CO2 (figure 2.1).

Cette seconde variable correspond `a une quantification mon´etaire des flux `a venir de dommages ´ecologiques caus´es par l’´emission d’une unit´e de carbone suppl´ementaire dans le pr´esent (pertes de PIB). Dans la pratique, les mod`eles d´eterminent la tra- jectoire optimale en maximisant une fonction d’utilit´e (consommation ou revenu) prenant en compte les dommages ´ecologiques. Cette approche compare le bien-ˆetre social impliqu´e par diff´erentes contraintes environnementales afin de connaˆıtre l’ob- jectif CO2 ad´equat.

En revanche, les trajectoires coˆut-efficaces sont obtenues par minimisation des coˆuts pour atteindre une cible de GES pr´ed´efinie (figure 2.2). Cette optimisation peut s’ef- fectuer sur l’axe du temps : minimisation des coˆuts totaux de r´eduction sur la pro- jection en vue d’atteindre l’objectif donn´e. Une optimisation peut en plus s’op´erer en un point donn´e de la projection, par ´egalisation du CmR entre les sources de rejet (sources g´eographiques telles que les r´egions ou sources sectorielles, technolo- giques. . .). L’approche coˆut-efficacit´e revient `a comparer le coˆut de diff´erents niveaux de r´eduction des GES.

Figure 2.2 – D´etermination d’une trajectoire en mode coˆut-efficacit´e

La trajectoire optimale (qt, pt) est celle qui minimise les coˆuts d’abattement sur la projection sous une contrainte sur les ´emissions.

Classification pragmatique des mod`eles

Dans la recherche ´energie/environnement, la ligne de partage fondamentale r´eside dans la diff´erence entre mod`eles top-down et mod`eles bottom-up. Une d´efinition som- maire consiste `a dire que les mod`eles top-down sont des approches macro´economiques (raisonnant en termes agr´eg´es) tandis que les mod`eles bottom-up partent d’un niveau plus technologique, en op´erant un traitement d´etaill´e du secteur ´energ´etique. Cependant, depuis les ann´ees 2000, la fronti`ere entre ces deux communaut´es de mod´elisation tend `a s’effacer. De plus en plus de mod`eles sont hybrid´es : les mod`eles top-down peuvent int´egrer une repr´esentation des technologies ´energ´etiques ; les mod`eles bottom-up peuvent prendre en compte les boucles macro´economiques.

Au sein de chaque approche (top-down/bottom-up), une diff´erence s’op`ere entre mod`eles de simulation et mod`eles d’optimisation. Puis, au sein des mod`eles d’optimisation, on dis- tingue les mod`eles utilisant un calcul coˆut-b´en´efice et ceux bas´es sur un calcul coˆut-efficace, mais certains mod`eles offrent ces deux modes simultan´ement (par exemple MARKAL). Diverses tentatives de classification des mod`eles ont ´et´e r´ealis´ees, notamment par les deuxi`eme et troisi`eme rapports d’´evaluation du GIEC ([122] et [143], cit´es par [53]) ainsi que par l’Innovation Modeling Comparison Project [80]. Mais ces taxinomies sont tr`es poreuses car de nombreux mod`eles rel`event de plusieurs cat´egories en mˆeme temps.

– Dans les mod`eles top-down, on peut distinguer :

– Les mod`eles d’´equilibre g´en´eral, qui calculent les ´equilibres offre-demande dans l’ensemble des secteurs de l’´economie : GREEN, DART, EPPA, GEMINI-E3, GTEM. . .

– Les mod`eles de croissance optimale, qui maximisent le bien-ˆetre social sur la pro- jection (optimisation intertemporelle) : DICE, RICE, MIND, WITCH. . .3

3. Mod`eles d’´equilibre g´en´eral et mod`eles de croissance optimale repr´esentent plutˆot des mod`eles d’optimisation. Il existe des mod`eles de simulation macro´econom´etriques (comme E3MG), bas´es sur des

– Dans les mod`eles bottom-up, on peut diff´erencier :

– Les mod`eles d’optimisation du syst`eme ´energ´etique, qui minimisent les coˆuts du syst`eme ´energ´etique. Les plus connus sont MARKAL, MESSAGE et MERGE. – Les mod`eles de simulation des march´es ´energ´etiques en ´equilibre partiel : POLES,

TIMER, WEM. . .