Formulation des contraintes dans le programme d’optimisation

sation

– Sur l’intervalle de projection, les ´emissions optimales (not´ees E_t∗) doivent ˆetre inclues dans le corridor d’´emission. En une p´eriode t, E_t∗doit ˆetre compris entre la trajectoire basse (El

t) et la trajectoire haute (Eth) :

E_tl≤ E_t∗ ≤ E_th

– Le taux de r´eduction annuel maximal de r´eduction des GES ´etant ∆ = 5%, les rejets optimaux en une ann´ee doivent ˆetre au moins ´egaux `a 95% des ´emissions de l’ann´ee pr´ec´edente :

E_t∗ ≥ 0.95 · E_t−1∗

– Les trajectoires optimales doivent r´ealiser une somme fixe de rejets sur la projection. Ce budget d’´emission (not´e K) est donn´e par la somme des ´emissions de la trajectoire moyenne : T X t=0 E_t∗ = K = T X t=0 E_tm

Dans l’approche top-down, K = 109.037 GtCO2-´eq. et dans l’approche bottom-up,

Conclusion

Dans ce chapitre, la chaˆıne de mod´elisation OCTET a fait l’objet d’une application num´erique au Continent Europ´een sur l’intervalle 2010-2050 afin d’obtenir le programme d’optimisation des trajectoires CO2 europ´ennes vers -80% de GES en 2050. Des fonctions

de coˆut de r´eduction des GES ont ´et´e estim´ees au niveau de l’UE. Ces fonctions sont unitaires, renvoyant `a l’´economie europ´eenne dans son ensemble, mais deux approches des coˆuts sont suivies : top-down, dans une vision de l’´economiste, et bottom-up, dans une vision de l’ing´enieur. L’estimation s’est faite par r´egression sur des donn´ees externes, en l’occurrence sur les courbes macro-´economiques du mod`ele EPPA dans l’approche top- down et la courbe des mesures techniques de la Commission Europ´eenne dans l’approche bottom-up.

En raison de l’incertitude sur les conditions au-del`a des donn´ees (potentiels disponibles pour des r´eductions ambitieuses), deux tendances de CmR sont retenues :

– Dans l’approche top-down, `a partir d’un abattement de 50% par rapport au baseline (limite des simulations), il y a deux formes possibles :

– Accroissement mod´er´e du CmR (fonction inverse), la courbe ne s’exponentialisant qu’`a partir d’une r´eduction de 80% par rapport au BAU. L’hypoth`ese est qu’il existe des marges d’abattement importantes au-del`a d’une r´eduction de 50% par rapport au baseline.

– Mont´ee rapide du CmR (fonction puissance). L’hypoth`ese est que les opportunit´es s’´epuisent rapidement au-del`a des simulations.

– Dans l’approche bottom-up, la courbe de CmR est en th´eorie exponentielle, tendant `

a la verticale au-del`a des mesures planifi´ees. A ce niveau, le comportement des CmR peut ˆetre modul´e par deux fonctions :

– Une fonction verticale (exponentielle naturelle), o`u les CmR explosent litt´eralement au-del`a de la derni`ere mesure recens´ee et atteignent des valeurs stratosph´eriques (de l’ordre du milliards d’euros la tonne de CO2).

– Une fonction plus ascendante (fonction inverse), o`u les CmR croissent tr`es rapi- dement mais de mani`ere moins spectaculaire que dans le cas pr´ec´edent (la valeur s’´el`eve vers plusieurs milliers d’euros la tonne de CO2).

La d´efinition des taux de progr`es technique a constitu´e une phase cruciale dans la mod´el- isation et par l`a mˆeme un enjeu d´eterminant pour les r´esultats. Dans OCTET, les facteurs d’am´elioration α et β viennent modeler les courbes de CmR sur la projection. En cela, ils influencent directement le prix du carbone et les coˆuts d’abattement.

Les valeurs de α (coefficient de baisse du CmR) proviennent des estimations de taux disponibles `a travers la recherche ´energie/environnement. La d´etermination des rythmes de progr`es d´eterministe (configuration α = λ) n’a pas pos´e de probl`eme particulier. En revanche, dans la configuration avec progr`es endog`ene (α = ρ·γ), il n’existait pas d’estima- tion directe pour les param`etres de la fonction d’exp´erience dans l’abattement. Cela tient au caract`ere r´ecent de la lutte contre les GES. L’approche adopt´ee dans la mod´elisation est particuli`ere : les effets d’exp´erience sont consid´er´es non `a la base industrielle mais pour

l’activit´e agr´eg´ee d’abattement. Les valeurs des param`etres d’exp´erience ont du alors ˆetre approxim´ees `a partir de variables indicatives.

Une difficult´e a r´esid´e dans la d´efinition du taux annuel maximal de r´eduction soute- nable pour l’Europe. L’ensemble du couloir d’´emissions admissibles repose sur le taux maximal de r´eduction. Ce taux est par nature tr`es contestable (´etabli selon les pos- sibilit´es socio-´economiques anticip´ees de l’abattement) mais joue un rˆole fondamental dans le fa¸connement des trajectoires CO2 optimales. Les estimations de taux maximal

de r´eduction sont surtout disponibles pour les sc´enarios mondiaux, plus rares pour des ´

echelons r´egionaux. Selon ces estimations, un taux maximal de 5%/an a ´et´e retenu mais ce dernier paraˆıt restrictif pour mod´eliser les trajectoires d’´emission en Europe. En effet, la crise ´economique r´ecente a entraˆın´e une forte chute des ´emissions dans l’UE et pour- rait enclencher un changement de paradigme ´economique sur longue p´eriode. De fait, des taux maximaux de r´eduction de 6% ou 7% pourraient ˆetre envisag´es pour la mod´elisation, donnant un corridor d’´emission plus large.

Une autre incertitude se situe dans le budget d’´emission `a ne pas d´epasser sur la projec- tion. Celui-ci a ´et´e d´etermin´e au sein du cadre mod´elisateur d’OCTET mais il aurait ´et´e pr´ef´erable qu’il soit ´etabli d’apr`es un partage de l’effort carbone entre les r´egions dans le cadre climatique international. Cependant les estimations de budget d’´emission en Eu- rope dans les r´egimes climatiques restent rares et ne sont disponibles que pour l’horizon 2100. A d´efaut, le cumul d’´emission de l’UE a ´et´e d´etermin´e de mani`ere analytique. Il est calcul´e `a partir d’une trajectoire de r´ef´erence du mod`ele de den Elzen, Meinshausen et van Vuuren (2006). Le budget CO2 europ´een correspond en l’occurrence `a un effort

interm´ediaire sur la projection (ni pr´ecoce ni retard´e). Cette hypoth`ese moyenne semble constituer une hypoth`ese raisonnable.

Au final, le programme d’optimisation des trajectoires carbone europ´eenne a ´et´e int´e- gralement d´efini dans les approches top-down et bottom-up. Les composantes de la fonc- tion objectif se d´eclinent en hypoth`eses doubles : fonction de CmR pentue ou mod´er´ee, progr`es technique synth´etique ou avec composante tir´ee par l’exp´erience, rythme de pro- gr`es optimiste ou pessimiste, taux d’actualisation descriptif ou normatif.

Dans le chapitre suivant, la r´esolution de ce programme sous GAMS permet d’obtenir un espace de trajectoires carbone optimales (premier rang) refl´etant l’incertitude technique. L’incertitude internationale, elle, est prise en compte par des fourchettes de r´eductions de second rang (r´eductions dans les limites du couloir d’´emission).

Chapitre 4

Effort d’abattement et valeur

carbone pour une soci´et´e europ´eenne

facteur 5

Introduction

Dans le chapitre pr´ec´edent, le mod`ele OCTET a fait l’objet d’une application num´e- rique au Continent Europ´een, d´efinissant un programme d’optimisation des trajectoires europ´eennes pour atteindre -80% de GES en 2050. Dans le pr´esent chapitre, le programme est r´esolu sous GAMS pour obtenir les profils efficaces d’´emission, de coˆut d’abattement et de valeur carbone sur la projection pour une r´eduction facteur 5 en Europe en 2050. Dans chaque approche (top-down et bottom-up), les trajectoires optimales sont g´en´er´ees selon des hypoth`eses vari´ees sur le taux d’actualisation, la convexit´e des fonctions de CmR et le progr`es technique. Dans une optique exploratoire, cette diff´erenciation des hy- poth`eses permet de produire des intervalles prenant en compte l’incertitude.

Les trajectoires CO2 europ´eennes sont entour´ees d’un halo d’incertitude en raison de

la situation internationale. Comme mentionn´e dans le premier chapitre, le processus de n´egociation internationale joue un rˆole directeur sur l’effort carbone en Europe. L’incer- titude actuelle sur le premier induit une ind´etermination sur le dernier. De fait, en plus des fourchettes de r´eduction efficaces, des intervalles de r´eduction de second rang sont propos´es. En refl´etant les possibilit´es de d´ecisions s´equentielles, ces abattements de cou- verture donnent un plus grand r´ealisme politique dans un cadre climatique incertain. Il ressort que dans une optique de performance (efficacit´e), l’Europe devrait r´eduire ses ´

emissions dans une fourchette de 34-39% en 2020, 55-62% en 2030 et 67-75% en 2040 pour un objectif de 80% en 2050/90. Une telle politique pourrait ˆetre engag´ee en cas de

signature d’un accord mondial ambitieux de r´eduction, lequel donnerait une certaine cer- titude dans la volont´e des Parties de stabiliser le climat dans les limites prescrites (2◦C, 450 ppmv CO2-´eq.).

A d´efaut, devant le flou actuel sur le futur r´egime climatique, l’Europe devrait maintenir un abattement de couverture pour rester dans la contrainte mondiale de long terme. Elle devrait ainsi relever son objectif officiel en 2020 `a 31% au moins, puis r´eduire de 47% en 2030 et 64% en 2040/90. Ces niveaux minimaux permettent `a l’UE de viser 80% de

r´eduction en 2050, dans des conditions cependant plus compliqu´ees qu’en premier rang (risques de surcoˆuts).

OCTET fournit ainsi un cadre d’analyse pour la politique europ´eenne du carbone. La cible officielle de l’UE pour 2020 (-20% de GES/90) est clairement insuffisante dans un sc´enario

450 ppmv CO2-´eq.. L’Europe devrait adopter sans condition son objectif conditionnel de

30%. Il s’agit du niveau minimal pour atteindre ensuite un abattement de -80% en 2050 de mani`ere soutenable.

Le mod`ele OCTET fournit les coˆuts d’abattement et les valeurs carbone en Europe pour les r´eductions optimales dans l’approche top-down. Les coˆuts totaux d’abattement repr´esentent entre 0.11% et 0.16% du PIB europ´een en 2020 et entre 0.72% et 2.42% du PIB en 2050, en ligne avec d’autres estimations disponibles. Le prix du carbone en Europe est d’une vingtaine d’euros la tonne de CO2-´eq. en 2020, entre 40 et 100 euros en 2030

et entre 60 et 200 euros en 2040. En 2050, l’intervalle d’incertitude est tr`es large, les prix du CO2 possibles s’´echelonnant entre 100 et 1000e/tCO2-´eq. en fonction des hypoth`eses.

Des prix du CO2 sup´erieurs `a 500e/tCO2-´eq. d´ecouleraient d’un manque de potentiels de

r´eduction disponibles.

L’approche duale des coˆuts est instructive `a de multiples ´egards. Elle permet un ´eclair- cissement de la valeur carbone dans une soci´et´e europ´eenne faiblement carbon´ee. Mais la confrontation top-down / bottom-up n’offre que des ordres de grandeur et une s´erie d’en- seignements qualitatifs. Etant donn´e le caract`ere toujours partiel des approches mod´el- isatrices, elle ne saurait pr´edire un niveau de prix v´eridique en Europe `a l’horizon 2050. L’ensemble des r´esultats du mod`ele OCTET constitue des chiffres autarciques en Europe. Les couples (E_t∗, V_t∗) repr´esentent les quantit´es et prix d’´equilibre pour l’UE, ind´epen- damment du reste du monde. Les m´ecanismes de flexibilit´e de Kyoto ne sont pas consid´er´es. Les r´eductions de GES sont effectu´ees int´egralement sur le Continent ; le prix du carbone est une valeur interne `a l’UE.

Ce chapitre s’organise de la mani`ere suivante :

– La section 4.1 reprend les diverses hypoth`eses du programme (taux). Elle d´ecrit la phase d’optimisation sous GAMS et la production des r´esultats.

– La section 4.2 aborde l’effort carbone en Europe pour atteindre -80% de GES en 2050. Les trajectoires d’´emission optimales sont pr´esent´ees et l’impact des hy- poth`eses (progr`es technique, taux d’actualisation. . .) sur le rythme de l’abattement est analys´e. Les niveaux de r´eduction n´ecessaires par rapport `a 1990 sont examin´es. Sur cette base, les objectifs de GES de l’UE en 2020 sont ´evalu´es et une strat´egie est d´efinie `a plus long terme en fonction de la situation internationale.

– La section 4.3 ´etudie la valeur carbone et les coˆuts de r´eduction dans chaque ap- proche (top-down bottom-up). Les r´esultats sont ´eclair´es par une ample discussion sur les m´ethodes top-down/bottom-up de calcul des coˆuts. Les chiffres OCTET sont rapport´es aux courbes et estimations disponibles `a travers la recherche. La section tire finalement les implications des r´esultats sur le plan technologique et sectoriel (potentiels de r´eduction, incertitude post-2030).

– Au terme d’un chapitre consacr´e `a l’analyse des r´esultats OCTET, la derni`ere section (4.4) effectue un retour dans le r´eel en abordant des aspects plus pratiques de la politique carbone : les diverses notions de valeur carbone, l’impl´ementation de la strat´egie europ´eenne de r´eduction (taxes / permis) et les ´echanges de permis avec le reste du monde.