Modèles bottom-up
Parmi les modèles bottom-up, on distingue habituellement trois approches :
Les modèles tableurs qui résolvent un ensemble d’équations simultanées pour décrire la manière dont un ensemble donné de technologies est, ou pourrait être, adopté par une économie.
Les modèles de simulation qui offrent une représentation complexe de la demande et de l'offre dans le secteur énergétique (usages finals, technologie de conversion et de production finement détaillée). Ces modèles sont très flexibles et peuvent généralement facilement traduire les spécificités nationales mais présentent les trois limites suivantes (UNEP, 1991) : c'est souvent à l'utilisateur du modèle de s'assurer de sa cohérence, ce qui peut représenter un travail important ; les résultats d'un scénario de simulation n'indiquent pas si l'on se trouve à l'optimum ou non ; la nécessaire connaissance globale du modèle par l'utilisateur est rendue difficile par son degré de détail.
Les modèles d’optimisation, qui associent à un niveau détaillé de description du secteur énergétique une programmation linéaire visant à minimiser les coûts actualisé de long terme de satisfaction des usages finals.
Par rapport aux études top-down, les hypothèses de départ sont déterminantes dans les études bottom-up, tandis que la structure des modèles l'est généralement moins. Pour un horizon temporel donné et une zone géographique déterminée, les différences de résultats entre les modèles bottom-up sont imputables essentiellement à :
- la qualité de l’analyse technique à partir de laquelle sont établies les courbes d’offre pour l’efficacité énergétique et d’offre provenant de la cogénération et des énergies renouvelables ;
- l’efficacité supposée des instruments politiques pour mobiliser un potentiel de ressource d’une bonne efficacité-coût.
Modèles top-down
A cette approche pragmatique mais partielle des ingénieurs s’oppose la démarche globale et théorique des économistes. Les modèles top-down ont recours à quatre types de méthodologies :
Modèles INPUT-OUTPUT : ces modèles s'attachent à décrire les interrelations entre les secteurs économiques par le biais d'un ensemble d'équations simultanées linéaires.
Les coefficients de ces équations sont fixés, ce qui implique que les substitutions de facteurs, le progrès technique et l'ensemble des modifications comportementales consécutives à la mise en œuvre d'une politique de réduction des émissions ne peuvent pas être mises en évidence. Les modèles I-O considèrent la demande agrégée comme donnée. Ils sont particulièrement utiles pour l'étude des conséquences sectorielles
Néanmoins, en raison du caractère statique de la description fournie, la validité de ces modèles est limitée au court terme (5 à 15 ans).
Modèles macroéconomiques néo-keynésiens : suivant une logique keynésienne, ces modèles considèrent que la demande finale est le principal déterminant de la production nationale finale et décrivent donc la dynamique de consommation et d'investissement dans différents secteurs, considérant que les ajustements se font par les quantités plutôt que par les prix. Une sous-utilisation des capacités de production et du chômage involontaire sont alors envisageables, ce qui prédispose naturellement ces modèles à traiter des éventuels recyclages des recettes d'une écotaxe. Ces modèles englobent des ensembles d’équations, dont les paramètres sont estimés économétriquement, qui incarnent à court et moyen terme la dynamique des agrégats économiques nationaux et des composants de l’activité économique qui leur sont liés (travail, épargne, consommation). Ils simulent habituellement la production potentielle globale comme une fonction des intrants agrégés du capital et du travail et parfois de l’énergie et des matériaux. Ils utilisent des tableaux entrées/sorties pour décrire les transactions entre les secteurs économiques et des équations avec retard pour modéliser l’inertie dans les processus d’ajustement et tenir compte du chômage à court terme en réponse aux chocs. Pour les périodes plus longues, ils ne rendent pas compte des effets de préférence et des attentes intertemporelles et saisissent le changement technique de manière plutôt statique. C'est pourquoi on limite la validité de ces modèles au moyen terme.
Modèles d’équilibre général calculable (MEGC) : ces modèles utilisent le cadre microéconomique standard et simulent donc des marchés sur lesquels l'offre et la demande se rencontrent, déterminant alors simultanément les prix et les quantités d’équilibre sur chacun des marchés considérés (marchés des facteurs de production, des biens, des échanges extérieurs…). Par opposition avec les modèles néo-keynésiens, ils ne se fondent pas systématiquement sur des relations économétriques.
Par contre, ils sont souvent calibrés sur une année donnée, de manière à garantir la cohérence des paramètres. Ceci pose alors le problème de la dépendance des résultats à l’année choisie pour le calibrage du modèle. Ce non recours à l’économétrie permet une plus grande flexibilité dans l’utilisation d’informations provenant des autres modèles ou de jugement d’experts sur les déplacements des tendances actuelles. Bien que limitant l’assise statistique, ceci constitue une force pour ce type de modèle car cela permet une meilleure appréhension du long terme que ne l'autorise l’économétrie pure. Le modèle cherche donc le vecteur (prix, salaires, taux d'intérêt, taux de change) qui va permettre d'établir l'équilibre sur l'ensemble des marchés considérés. Par conséquent, les processus d'ajustement ne sont pas représentables dans un tel cadre.
Même s’il demeure possible d’introduire un déséquilibre dans un tel modèle à l’origine, à la première itération du modèle, tous les marchés sont à l'équilibre. La recherche d'un potentiel sans regret ou d'un double dividende économique dans ce type de modèle est donc interdite par la nature même de celui-ci sauf à le contraindre de manière artificielle au prix d'une très grande dévalorisation du crédit que l'on peut accorder aux résultats quantitatifs du modèle.
Modèles d'optimisation énergétique dynamique : assimilables par bien des points à la catégorie précédente, ces modèles d'équilibre partiel pour le secteur énergétique minimisent le coût total du système énergétique complet (incluant donc les usages finals) sur une période de 40-50 ans. Ces coûts incluent les coûts d'investissement et
d'opération pour tous les secteurs, établis à partir d'une représentation détaillée du coût des facteurs et en fonction des hypothèses sur la politique de réduction des émissions.
Les premières versions de ces modèles cherchaient à satisfaire la demande au moindre coût, tandis que les plus récentes permettent également à la demande de s'ajuster aux prix. En outre, les versions les plus récentes de ces modèles établissent un lien entre le niveau de la demande macroéconomique et celui de l'énergie. Comme dans les MEGC, la dynamique de ces modèles est produite par l’accumulation des capitaux et/ou la croissance exogène des facteurs de production et de la productivité. La représentation détaillée des technologies permet d'endogénéiser le taux de turnover du capital et les effets d'apprentissage. Ces modèles sont particulièrement adaptés pour étudier les aspects dynamiques des coûts et potentiels de réduction des émissions.
Du fait que les relations économétriques entre les variables agrégées sont généralement plus fiables que les relations entre les variables désagrégées et que le comportement du modèle est également plus stable avec le premier type de variables, il est courant d’adopter des niveaux élevés d’agrégation (de deux à dix biens et services) dans les modèles économétriques top-down, pour les rendre plus solides sur de longues périodes, ce qui signifie que, à quelques notables exceptions près, l’écart d’agrégation entre les modèles top-down et bottom-up tend à s’accroître lorsque de très longues périodes sont prises en considération.