Potentiel et coûts de réduction des émissions de gaz à ... · I Enprésenced’externalités,lemarchénepermetplusd’atteindreune ... I Troisgrandescatégoriesd’instruments:

Les émissions de l’agriculture : état des lieux et potentiels de réduction

Potentiel et coûts de réduction des émissions degaz à effet de serre dans le secteur agricole

Stéphane De Cara

INRA, UMR Économie Publique (INRA/AgroParisTech), Grignon, France

Novembre 2008 - ENGREF

Les émissions de l’agriculture : état des lieux et potentiels de réduction

Introduction

Externalités

Estimation des coûts de réduction dans le secteur agricole

Perspectives à l’horizon 2020

Conclusions

Les émissions de l’agriculture : état des lieux et potentiels de réductionIntroduction

IntroductionAgriculture et Changements Climatiques: Une relation à double sensÉmissions de gaz à effet de serre

Externalités



Conclusions


Agriculture et Changements Climatiques: Une relation à double sens

Spécificités des relations entre agriculture et changementsclimatiques

I La problématique des changements climatiques a longtemps étéaccaparée par les économistes de l’énergie

I lien “croissance – utilisation d’énergie fossile – émissions de CO2 –effet de serre”

I Confondre émissions de gaz à effet de serre et CO2 est une erreur

I Rôle important que jouent d’autres gaz dans le phénomène (CH4,N2O, substituts aux CFC)

I Sur-coût important si on limite les réductions d’émissions au seulCO2 pour atteindre les objectifs négociés au niveau international

I Importance de l’agriculture dès que sont intégrés les gaz autres quele CO2:

I Premier secteur émetteur de méthane (CH4) et de protoxyde d’azote(N2O)

I La grande majorité des émissions d’origine agricole sont dans des gazautres que le CO2






I Confondre émissions de gaz à effet de serre et CO2 est une erreurI Rôle important que jouent d’autres gaz dans le phénomène (CH4,

N2O, substituts aux CFC)I Sur-coût important si on limite les réductions d’émissions au seul

CO2 pour atteindre les objectifs négociés au niveau international

I Importance de l’agriculture dès que sont intégrés les gaz autres quele CO2:

I Premier secteur émetteur de méthane (CH4) et de protoxyde d’azote(N2O)

I La grande majorité des émissions d’origine agricole sont dans des gazautres que le CO2






I Confondre émissions de gaz à effet de serre et CO2 est une erreurI Rôle important que jouent d’autres gaz dans le phénomène (CH4,

N2O, substituts aux CFC)I Sur-coût important si on limite les réductions d’émissions au seul

CO2 pour atteindre les objectifs négociés au niveau internationalI Importance de l’agriculture dès que sont intégrés les gaz autres que

le CO2:I Premier secteur émetteur de méthane (CH4) et de protoxyde d’azote

(N2O)I La grande majorité des émissions d’origine agricole sont dans des gaz

autres que le CO2




I Relation à double sens entre agriculture et changementsclimatiques :

I L’agriculture contribue à l’accumulation de gaz à effet de serre (10%pour l’UE, ≈ 20% pour la France)

I Les changements climatiques sont susceptibles de modifier les zonesde production et la productivité agricole (rendements)

I Émissions d’origine agricole :I CH4 dû à la fermentation entérique et à la gestion des effluents

d’élevageI N2O dû à l’épandage d’engrais azotés et la gestion des effluents

d’élevageI Les activités agricoles (et forestières) peuvent stocker du carboneI Les instruments de politique agricole intègrent de plus en plus les

enjeux environnementaux



Agriculture et changements climatiques [suite]

L’agriculture ajoute un degré de complexité au problème de l’effet deserre

I Cycle du carbone + Cycle de l’azote + Interactions CH4 / O3

I Les sources d’émissions ne sont pas aussi concentrées que dans lesecteur de l’énergie

I Les sources d’émissions interagissent entre elles :intra-consommation de fourrages (CH4) vs alimentation concentrée(N2O) vs prairies (∆C)

I Les sources d’émissions interagissent avec d’autres enjeuxenvironnementaux (nitrates, maintien des prairies,. . . )

I Relation à double sens entre agriculture et changements climatiquesI Dimension dynamique du (dé)-stockage de carbone


Émissions de gaz à effet de serre


I On a parfois tendance à confondre gaz à effet de serre et CO2

I Le CO2 est le gaz d’origine anthropique le plus important dans lephénomène

I D’autres gaz ont un impact importantI Méthane (CH4)I Protoxyde d’azote (N2O)I Substituts aux CFC (HFC, PFC, SF6)I Vapeur d’eauI Ozone (O3)



Influence humaine sur la composition de l’atmosphère

Source: IPCC (2007)



Diversité des propriétés des différents gaz à effet de serre(IPCC, 2007)

Durée de vie Pouvoir Radiatif GlobalGaz (ans) 10 ans 100 ans 500 ansCO2 variable 1 1 1CH4 12.0 72 25 7.6N2O 114.0 289 298 153HFC-23 (CHF3) 270.0 12 000 14 800 12 200HFC-32 (CH2F2) 4.9 2 330 675 205SF6 3 200.0 16 300 22 800 32 600PFC-14 (CF4) 50 000 5 210 7 390 11 200



Pouvoir Radiatif Global (IPCC, 2007)

GWPj,CO2(T ) =

∫ T0 znj (t)θj(t)dt∫ T

0 znCO2(t)θCO2(t)dt

I zj,t concentration du gaz j à la date t (émission unitaire à la date 0)I θj(t) pouvoir radiatif instantané du gaz j à la date t.I T horizon utilisé dans le calcul du PRG⇒ Cette convention permet de ramener la comptabilité des émissions deGES à une unité commune: la tonne de CO2-eq⇒ Cette mesure n’est pas sans poser des problèmes



Quelques ordres de grandeur

I Émissions mondiales de GES par habitant (2004)≈ 7.5 tCO2eq/an

I Émissions françaises de GES par habitant (2004)≈ 9.3 tCO2eq/an

I Une Renault Clio (neuve, essence, 15 000 km/an)≈ 3.6 tCO2/an

I Un aller-retour Paris/New-York en avion≈ 2.6 tCO2

I Une vache laitière (fermentation entérique uniquement)≈ 2.3 tCO2/an

I Un hectare de blé (180 kg N/ha, émissions directes uniquement)≈ 1 tCO2/an





















Émissions de GES dans le monde

Y compris UTCF. Source: CDC et AR4 (2007)



Émissions de GES en France (2004)

Source: De Boissieu (2006)



Émissions de GES (2005)

I France (MtCO2-eq)CO2 CH4 N2O Autres gaz Total

Emission brutes totales 416.6 56.7 70.8 14.2 558.4Emissions nettes totales 351.4 57.3 72.5 14.2 495.4

Agriculture 40.7 54.6 95.3UTCF -65.3 0.6 1.7 -63.0

Source: UNFCCC (2007) pour l’année 2005

I Europe (EU-15, MtCO2-eq)CO2 CH4 N2O Autres gaz Total






Émissions de GES (2005)

I France (MtCO2-eq)CO2 CH4 N2O Autres gaz Total



Source: UNFCCC (2007) pour l’année 2005I Europe (EU-15, MtCO2-eq)

CO2 CH4 N2O Autres gaz TotalEmission brutes totales 3482.4 311.0 332.3 66.3 4192.0Emissions nettes totales 3163.8 311.9 334.8 66.3 3876.8





Émissions françaises totales, UTCF, émissions agricoles



Émissions agricoles et UTCF 1990–2005

80

85

90

95

100

105

110

115

120

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Em

issi

ons

(MT

CO

2eq)

Emissions agricoles (CH4+N2O)Emissions agricoles + utilisation d’energie (sect. agr.)

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Em

issi

ons

(MT

CO

2eq)

UTCF

Sources agricoles Puits net UTCFCH4: Fermentation entérique, effluentsd’élevage

C, (CH4, N2O)

N2O: Sols agricoles, effluents d’élevage[CO2: Utilisation d’énergie]




80

85

90

95

100

105

110

115

120

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Em

issi

ons

(MT

CO

2eq)


95,9 MtCO2eq (-11%)

107,8 MtCO2eq

10,8 MtCO2eq

9,5 MtCO2eq (-12%)




-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Em

issi

ons

(MT

CO

2eq)

UTCF

-34 MtCO2eq

-63 MtCO2eq (+85%)




80

85

90

95

100

105

110

115

120

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Em

issi

ons

(MT

CO

2eq)


-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Em

issi

ons

(MT

CO

2eq)

UTCF

Sources agricoles Puits net UTCFBaisse ≈-12 MtCO2eq Renforcement du puits ≈-29 MtCO2eq(≈ -1 MtCO2eq énergie)

⇒ Une réduction totale d’environ 41 MtCO2eq entre 1990 et 2005



Évolution 1990–2005

85

90

95

100

105

110

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Em

issi

ons

(199

0=10

0)

Emissions agricolesUtilisation d’energie (sect. agr.)Autres emissions (hors UTCF)

Emissions totales (nettes)Emissions totales (brutes)



Nouveaux enjeux

Contribution importante de l’agriculture et de la forêt à la baisse desémissions nettes totales françaises sur les quinze dernières années

I Baisse de la contribution des émissions agricoles/forêt de 1990 à2005

I Capitalisation forestière importante: risques, vulnérabilité accrueI Nouvelles demandes pour l’agriculture et la forêt (notamment

énergétiques): pression à la hausse sur les rendements, concurrenceentre usages des sols ⇒ tensions sur les émissions

I Des objectifs de réduction ambitieux à l’horizon 2020

Q? L’agriculture et la forêt pourront-elles jouer le même rôle sur lesémissions au cours des quinze prochaines années ?Q? A quel coût ces réductions supplémentaires d’émissions peuvent-ellesêtre obtenues ?



Nouveaux enjeux

Contribution importante de l’agriculture et de la forêt à la baisse desémissions nettes totales françaises sur les quinze dernières années

I Baisse de la contribution des émissions agricoles/forêt de 1990 à2005

I Capitalisation forestière importante: risques, vulnérabilité accrueI Nouvelles demandes pour l’agriculture et la forêt (notamment

énergétiques): pression à la hausse sur les rendements, concurrenceentre usages des sols ⇒ tensions sur les émissions

I Des objectifs de réduction ambitieux à l’horizon 2020Q? L’agriculture et la forêt pourront-elles jouer le même rôle sur lesémissions au cours des quinze prochaines années ?Q? A quel coût ces réductions supplémentaires d’émissions peuvent-ellesêtre obtenues ?



Coûts d’abattement

I L’ensemble des dommages doit être mis en regard des coûts deréduction des émissions

I Au niveau micro-économique:I Perte de revenus (coût d’opportunité) liée à la ré-allocation des

ressources afin de réduire les émissionsI Coût d’adopter des pratiques plus respectueuses de l’environnement.I Investissement dans des technologies de purification

(“end-of-the-pipe”).I Au niveau macro-économique:

I Impacts sur les prix dus aux changements dans l’offre.I Changements structurels (entrées/sorties dans le secteur)I Investissement en R&D.I Impacts sur les marchés mondiaux (leakage).

I Important: Distinction entre coûts marginaux et totaux.

Les émissions de l’agriculture : état des lieux et potentiels de réductionExternalités

Introduction

ExternalitésExternalités: IllustrationInstruments de régulationStandards/NormesTaxe sur les émissionsMarché de permisDe la théorie à la pratique



Conclusions


Régulation des externalités

I Les externalités sont caractérisées par le fait que les actions d’unagent affectent le bien-être d’un autre agent sans être valorisées parun prix

I Les prix ne procurent pas un signal adéquat : Les “biens” (resp.“maux”) environnementaux sont produits en trop petite (resp.grande) quantité.

I En présence d’externalités, le marché ne permet plus d’atteindre uneallocation efficace des ressources de manière décentralisée.


Externalités: Illustration

Externalités : Une illustration

I Deux agents (A et B), un bien.I L’agent A produit le bien en quantité q.I La production cause une émission z(q):

z(0) = 0, z ′(.) > 0, z ′′(.) ≥ 0

I L’agent A peut réduire ses émissions. L’abattement est noté

a = z − z

I La réduction d’émissions est obtenue à un coût C(a):

C(0) = 0, C ′(.) > 0, C ′′(.) ≥ 0

I La pollution réduit le bien être de l’agent d’un montant D(z):

D(0) = 0, D′(.) > 0, D′′(.) ≥ 0



La situation non régulée

I L’abattement estcoûteux pourl’agent A.

I Afin demaximiser sonprofit, l’agent Aminimise sescoûtsd’abattement

I a = 0, z = z



La situation non régulée

I L’abattement estcoûteux pourl’agent A.

I Afin demaximiser sonprofit, l’agent Aminimise sescoûtsd’abattement

I a = 0, z = z

D′(z), C ′(z − z)

zz

D′(z)C ′(z − z)



Le niveau optimal de pollution

le niveau optimumest caractérisé par

minz

C(z − z) + D(z)

C ′(z − z) = D′(z)

D′(z), C ′(z − z)

zz

D′(z)C ′(z − z)





minz

C(z − z) + D(z)

C ′(z − z) = D′(z)

D′(z), C ′(z − z)

zz

D′(z)C ′(z − z)





minz

C(z − z) + D(z)

C ′(z − z) = D′(z) p∗

z∗

D′(z), C ′(z − z)

zz

D′(z)C ′(z − z)



Plusieurs pollueurs

I n pollueurs (i = 1, . . . , n)I Chaque pollueur supporte des coûts d’abattement Ci(zi − zi):

Ci(0) = 0, C ′i (.) > 0, C ′′i (.) ≥ 0 for all i

I Le dommage dépend des émissions totales D(Z ):

Z =n∑

i=1zi , D(0) = 0, D′(.) > 0, D′′(.) ≥ 0

I Le vecteur optimal d’émission (z∗1 , . . . , z∗n ) est solution de

minz1,...,zn

n∑i=1

Ci(zi − zi) + D(Z )

d’où C ′1(z1 − z∗1 ) = · · · = C ′n(zn − z∗n ) = D′(Z∗)



Plusieurs pollueurs (suite)

D′(Z∗)

C ′i(zi − zi)

aia∗3a∗1 a∗2

C ′3(z3 − z3)C ′2(z2 − z2)C ′1(z1 − z1)


Instruments de régulation

Les instruments économiques de régulation des externalités

I Trois grandes catégories d’instruments :I Fixer des standards ou des normes d’émissions

(command-and-control);I Mettre un prix sur l’externalité (taxes/subventions);I Créer un marché (marché de permis).

I Les instruments utilisés communément ne sont pas nécessairementéconomiques.

I Les instruments économiques cherchent à corriger le signal transmispar le système des prix, biaisé du fait de la présence d’externalité.

I Le niveau optimal de pollution est caractérisé par :I Égalité des coûts marginaux d’abattement entre les pollueurs

(efficacité en coût, cost-effectiveness).I Égalité du coût marginal d’abattement et du dommage marginal

(optimalité, efficiency).


Standards/Normes

Standards/Normes

I Diagnostic: Les émissions sont trop élevéesI Prescription: Imposer des normes ou des standards d’émissionI Solution centralisée : le régulateur fixe des normes/standards

auxquel les agents doivent se conformer.I Probablement l’instrument le plus utilisé.I Si chaque courbe individuelle de coût marginal d’abattement est

connue, il est théoriquement possible de mettre en œuvre desnormes différenciées qui sont efficaces en coût.

I Afin d’atteindre le niveau optimal, il est nécessaire de connaître Z∗

I Standards et normes uniformes sont inefficaces en coûts dès que lescourbes de coût marginal diffèrent d’un agent à l’autre.


Standards/Normes

Inefficacité d’une norme uniforme

C ′i(zi − zi)

ai = zi − zia

C ′3(z3 − z3)C ′2(z2 − z2)C ′1(z1 − z1)


Standards/Normes

Inefficacité d’une norme uniforme

C ′i(zi − zi)

ai = zi − zia

C ′3(z3 − z3)C ′2(z2 − z2)C ′1(z1 − z1)


Taxe sur les émissions


I Diagnostic : Le signal prix est biaiséI Prescription : Corriger le signal-prixI Solution décentralisée : Chaque agent décide combien il/elle émet

en fonction de la taxe.I Il est optimal pour chaque agent d’émettre jusqu’à ce que le coût

marginal d’abattement soit égal à t.I Efficacité en coût : C ′1(z1 − z1) = · · · = C ′n(zn − zn) = t.I Mettre en œuvre l’optimum requiert de connaître le dommage

marginal (t = D′(Z∗)).I Si il y a incertitude, les coûts sont maîtrisés, les émissions non.I Utilisation des revenus de la taxe.



Taxe sur les émissions (suite)

t

C ′i(zi − zi)

ai = zi − zia3a1 a2

C ′3(z3 − z3)C ′2(z2 − z2)C ′1(z1 − z1)


Marché de permis

Marché de permis

I Diagnostic : Un marché est manquant et les droits de propriété sontmal définis

I Prescription : Créer un marché et définir des droits de propriétéI Solution décentralisée : Chaque agent décide combien il/elle émet

en fonction du prix de marché.I Il est optimal pour chaque agent d’émettre jusqu’à ce que le coût

marginal d’abattement soit égal au prix sur le marché de permis p.I Efficacité en coûts : C ′1(z1 − z1) = · · · = C ′n(zn − zn) = p.I Mettre en œuvre l’optimum requiert de connaître la pollution

optimale (Z∗).I Si il y a incertitude, les émissions sont maîtrisées, les coûts non.I Importance de l’allocation initiale des permis.


Marché de permis

Marché de permis

C ′i(zi − zi)

ai = zi − zia

p

C ′3(z3 − z3)C ′2(z2 − z2)C ′1(z1 − z1)


De la théorie à la pratique


I Standards et normes sont les instruments les plus communémentutilisés

I Très peu d’exemple de taxes PigouviennesI Souvent, le niveau des taxes n’est que faiblement lié au dommage

marginal (Pearce, 2004).I Dans la négociation climat, la proposition européenne de taxe sur

l’énergie/carbone à échoué, ouvrant la voie aux instruments enquantité, plutôt qu’en prix.

I Un exemple de marché de permis négociables : European CarbonTrading Scheme

I Directive 2003/87/EC, démarrage en 2005.I Concerne uniquement les plus gros émetteurs (CO2 seulement).I Importance de l’allocation initiale (enchère, grand-fathering)I Importance de la “bancabilité”



Marché de permis

0 2 4 6 8

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

30/06/05

01/01/06

30/06/06

01/01/07

30/06/07

01/01/08

30/06/08

01/01/09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500

Prix

(E

UR

/tCO

2)

Vol

ume

(ktC

O2)

Date

Volume 2005-07Prix 2005-07

Volume 2008-12Prix 2008-12

Source: www.bluenext.eu

www.bluenext.eu

Les émissions de l’agriculture : état des lieux et potentiels de réductionEstimation des coûts de réduction dans le secteur agricole

Introduction

Externalités

Estimation des coûts de réduction dans le secteur agricoleÉmissions de gaz à effet de serre d’origine agricoleUn modèle

Caractéristiques généralesComptabilisation des émissions de méthane et de protoxyde d’azote

Courbe de coût marginal agrégée pour l’UE-15Distribution régionale and individuelle des coûts marginauxd’abattement


Conclusions


Émissions de gaz à effet de serre d’origine agricole

Sources de GES d’origine agricole

I Utilisation d’engrais azotés : Émissions directes et indirectes de N2OI Fermentation entérique des ruminants (principalement bovins):

émissions de CH4

I Gestion des effluents d’élevage: émissions de N2O et/ou émissionsde CH4 selon le mode de traitement/stockage

I Utilisation d’énergie fossile dans le secteurI RizicultureI Pratiques agricoles (labour, couvert intermédiaire, forêt paysanne,

etc...) peuvent contribuer à stocker du carbone (puits) dans les solsou dans la biomasse aérienne.



Émissions d’origine agricole en France (2005)CH4 N2O Total % agr. %tot.

MtCO2eq %Emissions nettes totales 57.3 72.5 495.4Total Agriculture 41.0 54.9 95.9 19.4Fermentation entérique 27.8 27.8 29 5.6

Bovins 25.7 25.7 27 5.2Ovins 1.5 1.5 2 0.3Caprins 0.1 0.1 0 0.0Equidés 0.2 0.2 0 0.0Porcs 0.3 0.3 0 0.1

Gestion des effluents d’élevage 13.1 6.1 19.1 20 3.9Bovins 8.0 8.0 8 1.6Ovins 0.1 0.1 0 0.0Caprins 0.0 0.0 0 0.0Equidés 0.0 0.0 0 0.0Porcs 4.3 4.3 5 0.9Volailles 0.6 0.6 1 0.1Systèmes liquides 0.2 0.2 0 0.0Systèmes solides 5.8 5.8 6 1.2

Riziculture 0.1 0.1 0 0.0Sols agricoles 48.8 48.8 51 9.9

Emissions directes 23.0 23.0 24 4.6Effluents sur pâtures, prairies 7.4 7.4 8 1.5Emissions indirectes 18.5 18.5 19 3.7

Source: UNFCCC (2007)



Comptabilisation des émissions

Engrais Effectifs animauxsynthétiques Bovins OV CP PC VO

VL NL/tN /tête /1000

Total agriculture 10,2 4,1 2,3 0,5 0,6 0,7 9,8Total CH4 - 2,6 1,5 0,2 0,1 0,5 2,5

Fermentation entérique - 2,2 1,1 0,2 0,1 0,0 -CH4 Effluents - 0,4 0,4 0,0 0,0 0,4 2,5

Total N2O 10,2 1,5 0,8 0,3 0,4 0,2 7,3N2O Effluents - 0,4 0,2 0,1 0,2 0,0 2,1Sols agricoles 10,2 1,1 0,7 0,2 0,2 0,2 5,3

Émissions directes 6,1 0,3 0,1 0,0 0,1 0,1 2,8Déj. anim. / pâtures - 0,5 0,3 0,1 - 0,0 0,1Émissions indirectes 4,1 0,4 0,2 0,1 0,1 0,1 2,3

Émissions en tCO2eq (PRGN2O=310, PRGCH4=21). Basé sur CITEPA(2006) pour l’année 2005.



Comptabilisation des émissions

Engrais Effectifs animauxsynthétiques Bovins OV CP PC VO

VL NLTotal agriculture 2,2 1,7 3,8 0,4 0,1 0,7 0,3Total CH4 - 2,5 5,7 0,4 0,0 1,1 0,2

Fermentation entérique - 3,2 6,1 0,6 0,1 0,1 -CH4 Effluents - 1,2 4,9 0,0 0,0 3,3 0,5

Total N2O 3,9 1,1 2,3 0,5 0,1 0,3 0,3N2O Effluents - 2,8 4,3 0,8 0,5 0,6 0,9Sols agricoles 4,4 0,9 2,1 0,4 0,1 0,3 0,3

Émissions directes 5,5 0,4 0,9 0,1 0,1 0,4 0,3Déj. anim. / pâtures - 2,4 5,9 1,5 - 0,0 0,0Émissions indirectes 4,8 0,9 2,1 0,4 0,1 0,4 0,3

Effet relatif (en %, toutes choses égales par ailleurs) d’une augmentationde 10% des principales variables d’activité sur les sources d’émissionspour l’année 2005.



Spécificités des émissions de GES d’origine agricole

I Importance des interactions entre les sources d’émissionsI Utilisation des sols et alimentation animaleI Utilisation des sols et stockage de carboneI Liens avec politiques dans d’autres secteurs (énergie, biocarburants)

I Dispersion des sources et hétérogénéité des coûts de réduction desémissions

I Prise en compte des gaz autres que le CO2 (CH4, N2O)I A la fois externalités positives et négativesI Interactions avec les dispositifs existants de politique agricole



Estimation des coûts de réductions des émissions de GESd’origine agricole en Europe

I Estimer les coûts (totaux et marginaux) d’abattement dansl’agriculture européenne

I Combien il en coûterait aux agriculteurs européens d’atteindre unobjectif de réduction donné ?

I Pour un prix donné du CO2, de combien les agriculteurs seraientprêts à réduire leurs émissions ?

I Analyser l’hétérogénéité des coûts marginaux de réduction desémissions d’origine agricole

I Implications pour la définition des instruments de régulation desémissions


Un modèle

Présentation du modèle

I Modèle technico-économique de l’offre agricole européenneI Permet de simuler l’impact de modifications dans les politiques

agricoles ou environnementales sur les choix économiques desexploitants

I Approche micro-économique : décrit les choix de production pourdes exploitations-types représentatives de la diversité des conditionsde production actuelles au sein de l’agriculture européenne

I Représentation détaillée des contraintes agronomiques et descontraintes liées à la PAC

I Analyse centrée sur l’hétérogénéité des coûts marginauxd’abattement et des potentiels de réduction

I Les exploitants sont supposés être preneurs de prix (prix des intrantset des produits exogènes)


Un modèle

Présentation du modèle [suite]Mise à jour du modèle présenté dans De Cara et al. (2005)

I Sources : RICA 2002 (UE-15), IPCC, Inventairesnationaux, FAO.

I Typologie : 1074 exploitations-types, couvrant lesexploitations à la fois orientées cultures annuelles,productions animales et mixtes.

I Entrées : Surface totale, nombre d’animaux,rendements, prix, coûts variables, paramètres PAC,coefficients techniques (agronomiques, alimentationanimale, facteurs d’émission).

I 1074 modèles : MILP, maximisation de la marge brutetotale sous contraintes (terre, PAC, respect des besoinsen alimentation animale, démographie bovine).

I Calibrage : Basé sur le RICA européen 2002I Sorties : Allocation des surfaces entre les cultures,

effectifs animaux, alimentation animale, partageintra-consommation/collecte, émissions


Un modèle

Présentation du modèle [suite]

I Le modèle générique pour l’exploitation-type k est un modèle annuelde programmation mixte linéaire et en nombres entiers :

maxxkπk(xk) = πk · xk (1)

s.t. Ak · xk ≤ bk (2)xk ≥ 0 (3)

I πk est le n-vecteur des marges brutesI xk est le n-vecteur des activitésI Ak est une m × n-matrice décrivant l’ensemble des contraintes


Un modèle

Typologie des exploitations

I Regroupement des exploitations enquêtées dans l’échantillon RICAI Basé sur des techniques de classification automatiqueI Variables utilisées pour la classification : région RICA (101 régions

dans l’UE-15), OTEX, altitude (3 classes: <300m, 300-600m,>600m), taille économique.

I e.g. Grandes exploitations laitières dans le Baden-Württembergsituées à moins de 300m

I Distinction entre les exploitations orientées cultures et lesexploitations orientées production animale

I Représentation des systèmes mixtesI Chaque exploitation-type se comporte comme une seule exploitation,

représentative des exploitations de la même classe, maximisant samarge brute indépendemment des autres exploitations-types.


Un modèle

Éléments clés du modèle

I Mesures PAC : Gel de terre, quotas laitiers et betteraviers,paiements compensatoires, prix d’intervention

I Contraintes de surface : Surface totale, parts de surfaceadmissibles (entre différentes cultures, entre céréales etoléo-protéagineux,...)

I Démographie bovine : Équilibre entre classes d’âge, ajustementpartiel des tailles d’atelier.

I Alimentation animale : Respect des besoins en énergie etprotéines et des capacités d’encombrement par catégorie animale

I Gestion des effluents d’élevage : Quantités d’effluents fixes parcatégorie animale, part fixes de chaque systèmes de gestion par payscomme fournies dans les Communications Nationales à l’UNFCCC

I Engrais azotés : Dépenses totales en engrais du RICA, répartiespar culture pour chaque exploitation-type, hypothèse de prix d’unengrais composite par culture (apport de N constant pour uneculture et une exploitation-type données)


Un modèle

Comptabilisation des émissionsI Sources couvertes:

I Fermentation entérique (CH4)I Gestion des effluents d’élevage (CH4 et N2O)I Sols agricoles (N2O émissions directes et indirectes, utilisation

d’engrais azotés synthétiques, effluents d’élevages sur les prairies etpâturages, )

I Comptabilisation des émissionsI Basée sur les Good Practice Guidelines de l’IPCC (1996; 2006) qui

fournissent des facteurs d’émission et les communications nationales(2003) de chaque Etat-Membre

I Ces facteurs d’émission sont reliés aux variables pertinentes dumodèle au niveau de chaque exploitation-type

I Simulation de référence:I Année de calibrage : 2002I Inclut PAC dans sa version Agenda 2000

I Une taxe sur les émissions est ajoutée à la fonction objectif : de 0 à200 e/tCO2


Un modèle

Comptabilisations des émissions par le CITEPAÉmissions liées aux sols agricoles


Un modèle

Comptabilisations des émissions par le CITEPA [suite]

Fermentation entérique

Gestion des effluents d’élevage


Un modèle

Sources d’émissions

Emission sources Activity data Linked toN2O Agricultural soilsDirect EmissionsUse of synth. fertilizers N fert. application Crop areaManure application N excr. by animals Animal numbersBiological N fixation Prod. of N-fixing crops N-fixing crop areaCrop residues Reutil. of crop residues Crop areaAnimal production N excr. by graz. anim. Animal numbersIndirect EmissionsAtmospheric deposition Total N application Crop area and animal numbersLeaching and run-off Total N application Crop area and animal numbersN2O Manure manag. Animal numbers Animal numbersCH4 Manure manag.(∗) Feed energy intake Animal feeding and animal numbersCH4 Ent. fermentation(∗) Feed energy intake Animal feeding and animal numbersCH4 Rice cultivation Rice area Rice area(∗) Further disaggregated into: Dairy cattle, non-dairy cattle, sheep, goats, swine, andpoultry.


Un modèle

Émissions par pays

0

20

40

60

80

100

LUFIGRATSVPTDKBENDIRITSPUKGEFR

Em

issi

ons

(MtC

O2-

eq)

UNFCCC

Model

CH4 Manure managementCH4 Enteric fermentationN2O Manure ManagementN2O Agricultural soils

CH4 Rice cultivation

(Basé sur “2003 EU National Communication to the UNFCCC”)


Courbe de coût marginal agrégée pour l’UE-15

Offre agrégée d’abattement (UE-15)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150 200

Aba

tem

ent (

MtC

O2

eq)

Marginal abatement cost (EUR/tCO2 eq)



Offre agrégée d’abattement (UE-15)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150 200

Aba

tem

ent (

MtC

O2

eq)

Marginal abatement cost (EUR/tCO2 eq)

CH4 Enteric fermentationCH4 Rice cultivationCH4 Manure managementN2O Manure managementN2O Agricultural soils

CH4

N2O



Comparaison avec d’autres estimations

0

50

100

150

200

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Mar

gina

l aba

tem

ent c

ost (

EU

R/tC

O2

eq)

Abatement (percent of reference emissions)




0

50

100

150

200

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Mar

gina

l aba

tem

ent c

ost (

EU

R/tC

O2

eq)


Current versionDe Cara et al. (2005, tax)

De Cara et al. (2005, individual constraint)




0

50

100

150

200

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Mar

gina

l aba

tem

ent c

ost (

EU

R/tC

O2

eq)


Current versionDe Cara et al. (2005, tax)

De Cara et al. (2005, individual constraint)Perez (2005, regional constraint)

Perez (2005, equilibrium price)De Cara et al. (2005, BW only)

EFEM (2004, BW only)


Distribution régionale and individuelle des coûts marginaux d’abattement

Taux de réduction des émissions (20 e/tCO2)Abatement rate (20 EUR/tCO2eq)

abatement_given_mac_region.ABATRATE1

0% - 2%

3% - 4%

5% - 6%

7% - 8%

9% - 10%

11% - 12%

13% - 14%

15% - 16%

17% - 18%

Source de la carte RICA : DG AGRI

Prix du CO2: 20 e/tCO2eqAbattement UE-15: 13.7 MtCO2eqAbattement /2002: 4.0%

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6C

umul

ativ

e R

Y-2

002

emis

sion

s (M

tCO

2 eq

)Abatement rate (percent)

FADN RegionsFarm-types





0% - 2%

3% - 4%

5% - 6%

7% - 8%

9% - 10%

11% - 12%

13% - 14%

15% - 16%

17% - 18%

19% - 20%

21% - 22%

23% - 24%

25% - 26%

27% - 28%

29% - 30%

31% - 32%



0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6C

umul

ativ

e R

Y-2

002

emis

sion

s (M

tCO

2 eq







0% - 2%

3% - 4%

5% - 6%

7% - 8%

9% - 10%

11% - 12%

13% - 14%

15% - 16%

17% - 18%

19% - 20%

21% - 22%

23% - 24%

25% - 26%

27% - 28%

29% - 30%

31% - 32%

33% - 34%



0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6C

umul

ativ

e R

Y-2

002

emis

sion

s (M

tCO

2 eq







2% - 4%

5% - 6%

7% - 8%

9% - 10%

11% - 12%

13% - 14%

15% - 16%

17% - 18%

19% - 20%

21% - 22%

23% - 24%

25% - 26%

27% - 28%

29% - 30%

31% - 32%

33% - 34%

35% - 36%

37% - 38%



0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6C

umul

ativ

e R

Y-2

002

emis

sion

s (M

tCO

2 eq





Importance de l’hétérogénéité des coûts marginaux pour ladéfinition des instruments de régulation

Taux d’abattement Abattement total Coût marginal d’abattement Ratioprix du CO2 Quotas uniformes

γ t λ(γ) λ(γ)/t(γ)(%) (MtCO2eq) (EUR/tCO2) (EUR/tCO2)4% 13.78 20.51 73.64 3.68% 27.56 55.84 122.66 2.212% 41.35 >100.00 169.62 <1.7

Basé sur De Cara et al. (2005)

Les émissions de l’agriculture : état des lieux et potentiels de réductionPerspectives à l’horizon 2020

Introduction

Externalités


Perspectives à l’horizon 2020DémarcheChangements d’usage des solsÉmissions

Conclusions


Démarche

Projections des émissions de GES de l’agriculture (et de laforêt) à l’horizon 2020

I Négociations en cours (internationales et intra-européennes) pouraboutir à des objectifs de réduction à l’horizon 2020

I Objectifs ambitieux: 20/20 en 2020, 20C, Facteur 4, etc...I Dans le même temps, développement important de la filière

bio-énergieI Ces objectifs doivent être déclinés au niveau national et sectorielI Questions?

I Impacts sur l’usage des terres (cultures/prairies/forêt) et effets enretour sur les bilans d’émission

I Réduction des incertitudes sur la comptabilisation des émissionsI Déterminants politiques et économiques des é(prix, négociations

commerciales, PAC, )


Démarche

Démarche

De Cara and Thomas (2008)


Démarche

Démarche

De Cara and Thomas (2008)


Démarche

Scénarios

Source: INRA Prospective 2013


Changements d’usage des sols

Changements d’usages des sols: agriculture → forêt

I Les deux scénarios forestiers supposent un accroissement de50 kha/an (80 kha entre 2002 et 2005) de la surface nationale enforêt

I Selon le CITEPA (2006), les nouveaux boisements proviennent à60% de terres agricoles

I Des prairies pour ≈ 50%I Des surfaces cultivées pour ≈ 10%

I On retient une proportion de 50% des nouveaux boisements quiproviennent de terres agricoles (non-exhaustivité du modèle)

I La SAU totale représentée doit être réduite de 245 kha entre 2002 et2010, de 250 kha entre 2010 et 2020

I Procédure pour répartir la réduction de surface prioritairement sur lesexploitations où la valorisation marginale de la terre est la plus faible

I Le partage prairies/cultures est endogène sur les surfaces restantes



Variation de la SAU (2002-2020)

REF S1A S2B

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Cum

ul S

AU

(M

ha)

Valorisation marginale de la terre (EUR/ha)

20102020

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Cum

ul S

AU

(M

ha)


20102020

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Cum

ul S

AU

(M

ha)


20102020



Surfaces prairies (2002-2020)

REF S1A S2B

2002-10 (kha)

2010-20 (kha)



Surfaces cultures (2002-2020)

REF S1A S2B

2002-10 (kha)

2010-20 (kha)


Émissions

Émissions (REF)


Émissions

Émissions (S1a)


Émissions

Émissions (S2b)


Émissions

Récapitulons

70

75

80

85

90

95

100

105

110

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

Em

issi

ons

agri

cole

s (M

tCO

2)

CentralS1aS2bCITEPA (2006)

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

Puits

for

estie

r (M

tCO

2)

TendancielIntensifCITEPA (2006)

Emissions Stockage de carbone par les forêts

Les émissions de l’agriculture : état des lieux et potentiels de réductionConclusions

Introduction

Externalités



Conclusions


Coûts d’abattement : Discussion

I Plusieurs éléments tendent à surestimer les coûts d’abattement dansnotre approche :

I Rendements et apports de N par culture fixesI Les changements dans les émissions ne viennent que des

modifications dans l’allocation des surfaces, les effectifs animaux etl’alimentation animale (pas de technologies d’épuration“end-of-the-pipe”)

I Déterminants structurels constants (nombre d’exploitations etdistribution des OTEX)

I Pas de prise en compte des possibilités de séquestration du carboneI L’accent est mis sur l’hétérogénéité des coûts marginaux

d’abattement.I Approche très désagrégée : complémentaire (plutôt que substitut) à

des approches plus agrégées mais tenant compte des effets sur lesprix


Perspectives

I L’agriculture peut fournir des réductions d’émission....I ... Mais pour que ces réductions soient significatives il faut que les

agriculteurs intègrent un prix du CO2

I L’hétérogénéité des coûts d’abattement est importante nonseulement entre les régions mais aussi à l’intérieur des régions

I Étant donné l’hétérogénéité des coûts de réduction, les instrumentsuniformes seraient très coûteux socialement.

I Débat sur les facteurs d’émissions plus fort dans l’agriculture quedans les autres secteurs

I Importance d’une représentation complète de l’usage des solsI Reconnaissance de la séquestration additionnelle de carbone dans les

engagements internationaux


Références

CITEPA (2006). Inventaire des émissions de gaz à effet de serre en France au titre de la Convention Cadre des Nations Unies sur lesChangements Climatiques. Format UNFCCC-CRF, CITEPA - Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable, Paris, France.

De Cara, S., Houzé, M., and Jayet, P.-A. (2005). Methane and nitrous oxide emissions from agriculture in the EU: A spatial assessment ofsources and abatement costs. Environmental and Resource Economics, 32(4):551–583.

De Cara, S. and Thomas, A., editors (2008). Projections d’émissions/absorptions de gaz à effet de serre dans les secteurs forêt etagriculture aux horizons 2010 et 2020. Rapport final pour le Ministère de l’Agriculture et de la Pêche. INRA.

Eggleston, H., Buendia, L., Miwa, K., Ngara, T., and Tanabe, K., editors (2006). 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse GasInventories. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). IGES, Japan.

Houghton, J., Filho, L. M., Lim, B., Treanton, K., Mamaty, I., Bonduki, Y., Griggs, D., and Callender, B., editors (1996). Revised IPCCGuidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Reporting Instructions, volume 1 of Intergovernmental Panel on Climate Change.UK Meteorological Office, Bracknell, UK, revised edition.

IPCC (2007). Climate Change 2007: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of theIntergovernmental Panel on Climate Change. Summary for policymakers, Intergovernmental Panel on Climate Change, Geneva,Switzerland. 28 p.

Documents

Potentiel et coûts de réduction des émissions de gaz à ... · I Enprésenced’externalités,lemarchénepermetplusd’atteindreune ... I Troisgrandescatégoriesd’instruments: