Module climatique

3.2.1.

Cycle du carbone

Nous retenons dans ce modèle le cycle du carbone développé initialement par William Nordhaus pour le modèle DICE (1992a et b). Dans ce modèle simplifié, une fraction des émissions anthropiques annuelles s’ajoute à la concentration atmosphérique. En outre, une fraction du carbone excédentaire par rapport à un hypothétique état d’équilibre préindustriel s’échappe chaque année vers l’océan. Ce cycle est représenté par l’équation aux différences (1.17), dans laquelle Mt est la concentration atmosphérique en CO2 (mesurée en parties par millions, 1 ppm = 0,47 GtC), EDt sont les émissions de CO2 non fossiles données de manière exogène, et M- le niveau de concentration d’équilibre. Le paramètre a représente la fraction des émissions stockées dans l’atmosphère, alors que b, qui a la dimension de l’inverse d’un temps, représente le temps caractéristique de résidence du carbone dans l’atmosphère. Nordhaus paramètre le modèle avec a = 0,38 et b = 0,083

Joos et al. (1999) soulignent cependant que le cycle du carbone de Nordhaus ne représente pas correctement la dynamique du carbone entre océan et atmosphère. Selon leurs simulations, ce modèle a en particulier tendance, par rapport aux modèles climatiques, à fortement sous-évaluer la durée de vie du carbone dans l’atmosphère dans la mesure où il ne tient pas compte de l’équilibre des pressions partielles en CO2 entre atmosphère et océans. Joos et al. suggèrent donc d’utiliser une meilleure approximation des modèles du cycle du carbone détaillés en introduisant une fonction de réponse qui pourra être convolée avec n’importe quelle trajectoire d’émissions. Cette solution avait déjà été explorée, mais sous une forme plus simple, par Ha-Duong et al. (1997).

En outre, le modèle de Nordhaus ne prend pas en compte l’impact de l’augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 sur la fixation de carbone par les plantes lors de la photosynthèse. Svirezhev et al. (1999) proposent d’inclure une telle fonction. Le module climatique actuellement en cours de développement au CIRED en collaboration avec l’IPSL devrait en outre inclure des fonctions de réponse permettant de donner les profils d’émissions dues à la déforestation, à la reforestation et à la culture de biocarburants15.

Ces développements sont malheureusement intervenus trop tardivement pour que nous ayons le temps de les intégrer dans les différentes versions du modèle STARTS. La seule alternative disponible lors de la création du modèle, à savoir la fonction de réponse de Ha-Duong et al. (1997), ne présentait pas de différences de comportement significatives avec le modèle de Nordhaus. Nous prenons donc le parti d’utiliser quand même le cycle du carbone de Nordhaus malgré ses limitations évidentes et nous mettons en tête de l’agenda de recherche futur la formulation d’une nouvelle version basée sur un cycle du carbone plus réaliste.

3.2.2.

Traitement des dommages du changement climatique

a) Coûts efficacité : plafond de concentrations

Nous traduisons numériquement le raisonnement coûts efficacité en introduisant une contrainte climatique sous la forme d’un plafond de concentration M¯ à ne pas dépasser. Conformément à la lettre de la Convention Cadre sur le Changement Climatique, nous supposons que ce plafond est choisi de telle sorte qu’il évite des dommages trop importants sur les écosystèmes et sur les économies. De fait, nous n’introduisons pas de fonction dommages en coûts efficacité :

Mt M¯ t {0,…,T} Contrainte sur la concentration (1.18)

b) Coûts avantages : fonction de dommages

La plupart des modèles climatiques estiment les dommages mondiaux agrégés monétaires et non monétaires comme une fraction du PIB mondial. Ces dommages sont la plupart du temps représentés par une fonction puissance de la température moyenne à la surface du sol (Tol et Fankhauser, 1998), avec un exposant variant en général de 1 à 3. Les modèles sont ensuite calibrés pour passer par un point de référence, donné en général comme une perte de PIB mondial obtenue à une hausse de la température de 2,5°C correspondant à un doublement de la concentration atmosphérique en CO2 par rapport à l’ère préindustrielle.

Des analyses plus fines sur les dommages suggèrent que cette représentation agrégée n’est pas pertinente pour représenter la somme de dynamiques sectorielles et régionales très diverses, conduisant pour certaines régions et pour certains secteurs à des dommages négatifs (Tol, 1999a et b, Mendelsohn et Schlesinger, 1999). Cette critique nous semble cependant de second ordre par rapport au fait que les fonctions de dommages couramment utilisées présentent dans tous les cas des

15

dynamiques relativement « lisses ». Or il n’est pas possible d’exclure aujourd’hui la possibilité de « surprises climatiques » marquées par une augmentation brutale des dommages.

En premier lieu, le système climatique peut évoluer de manière fortement non linéaire avec les émissions de gaz à effet de serre. L’effet le plus connu est le possible ralentissement voir l’arrêt complet de la circulation termohaline dans l’Océan Atlantique Nord (Broecker, 1997) qui pourrait ainsi entraîner une modification drastique du climat de l’Europe de l’Ouest. La fréquence accrue d’évènements de type El Niño, des modifications importantes des régimes de moussons ou, plus généralement, toute augmentation de la variabilité climatique pourraient se traduire au-delà d’un certain seuil par des conséquences très importantes sur les économies.

En second lieu, et même si le changement climatique se révèle suivre une dynamique relativement « douce », les dommages sur les économies peuvent s’avérer fortement non linéaires. Une fréquence accrue d’évènements climatiques extrêmes pourrait entraîner à la longue des chocs non négligeables sur les économies. Le seuil des besoins alimentaires minimaux constitue une autre limite critique : si l’agriculture se trouve ainsi trop affectée dans les pays en voie de développement, une forte pression migratoire pourrait se développer (Parry et al., 1999). Enfin, sans même imaginer de dommages économiques très importants, l’évaluation du risque climatique par la population peut varier de manière très brutale et très importante16.

Nous nous proposons donc d’adopter dans ce travail deux représentations qualitativement très différentes des dommages globaux du changement climatique.

- La première, linéaire, suppose que les dommages croîtront de manière régulière avec la concentration atmosphérique en CO2. Nous faisons ici l’hypothèse que le climat évoluera de manière globalement synchrone avec la concentration atmosphérique en gaz à effet de serre, et que si des évènements catastrophiques se produisent, les sociétés seront capables de les amortir pour faire en sorte que les dommages continuent à progresser à un rythme comparable à celui de la concentration.

- La seconde, exponentielle, suppose au contraire que, soit du fait d’une non linéarité climatique importante, soit du fait d’une incapacité de nos sociétés à s’adapter rapidement aux changements climatiques, les dommages du changement climatique progressent de manière explosive dès que la concentration en CO2 dépasse un certain seuil.

D’un point de vue mathématique, nous traduisons ces deux hypothèses de la manière suivante. Les dommages notés Dt sont représentés comme une perte d’une fraction de la consommation finale de l’agent représentatif. Ce terme peut être interprété comme une perte de bien composite liée au réchauffement du changement climatique, ou comme la fraction de la consommation allouée à l’adaptation pour de conserver intact les facteurs de production capital et travail. Les dommages sont supposés dépendre directement de la concentration selon les deux équations suivantes :

Dt = d2x Mt - M0 2M- - M0 si Mt M0 0 sinon Dommages linéaires (1.19) 16

La crise des pluies acides (Hourcade et al.,1992b) ou plus près de nous la crise de la vache folle ont montré à quel point les questions scientifiquement controversées pouvaient conduire à des prises de consciences radicales et brutales de la part de l’opinion publique. Le regain d’intérêt médiatique observé pour le changement climatique du moins de janvier 2000 à la suite des tempêtes de Noël témoigne, quoi qu’avec une ampleur plus faible, d’un phénomène similaire.

Dt =

e

-

₍

₎

si Mt Mcatas

1 sinon

Dommages explosifs (1.20)

Dans le cas linéaire (1.19), le paramètre d2x représente les dommages occasionnés par un doublement de la concentration atmosphérique en CO2 par rapport à la concentration préindustrielle. Dans l’équation (1.20), le paramètre Mcatas représente un seuil en concentration au-delà duquel l’économie s’effondre (figure 1.1). Le paramètre contrôle la concentration plancher à partir de laquelle les dommages cessent d’être négligeables.

M

M

2.M

M

D

(en % du PMB)

d

Dommages

explosifs

Dommages linéaires

100 ppm

Figure 1.1 : Représentation des fonctions de dommages linéaires et explosives retenues dans STARTS (en % du produit mondial brut en fonction du niveau de concentration atmosphérique en CO2). Le fait

que le niveau de catastrophe soit plus élevé que le niveau 2xM- est retenu ici simplement pour rendre

la figure plus lisible.