Economie publique du changement climatique UMR Economie Publique
Economie publique du changement climatique UMR Economie Publique INRA-INAPG Modèle Intégré pour les Régulations Agri-Environnementales Laure Bamière lbamiere@grignon. inra. fr Elodie Debove eldebove@grignon. inra. fr Stéphane De Cara stdecara@grignon. inra. fr Caroline Godard cagodard@grignon. inra. fr Pierre-Alain Jayet jayet@grignon. inra. fr Binta Niang binniang@grignon. inra. fr 1 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outline of the presentation l l l 2 L’équipe Les objectifs Les appuis Outils, méthodes et résultats perspectives 22 -23 janvier 2004 MICCES
L’équipe l l DR 2 + CR 2 (2001) + IR 2 (2003) Thèses – – l l CDD (GICC) CDD ? Projets 6 e PCRD – – – 3 1 cofinancée ADEME - INRA (ESR) : agronomie (2002) 1 IGREF formation par la recherche (soutien INRA, 2003) INSEA (STREP coord. IIASA): 01/01/2004 GENEDEC (STREP coord. UMR): sélectionné … SEAMLESS (PI) Agro-Eco ? ? ? 22 -23 janvier 2004 MICCES
Objectifs l Dans une perpective d’économie publique – – – l en s’appuyant sur la modélisation – – l Fondée sur une logique micro-économique de l’offre agricole tenant compte de la diversité des contextes (géo, pédo-clim) Associée à une bonne représentation des phénomènes physiques et biologiques liées aux productions de l’agriculture et de l’élevage Réactive aux chts institutionnels et environnementaux – – 4 Evaluer les impacts du changement climatique En intégrant les politiques de régulation environnementale Et l’adaptation des systèmes au changement climatique De la Politique Agricole Commune Du progrès technique et des changements physiques (T, CO 2) 22 -23 janvier 2004 MICCES
Les appuis l Institutionnels par financement sur appel d’offre – – – l INRA et autres établissements de R&D – – – 5 MATE GICC (1999, 2001, 2002) MIES, DP 6 e PCRD (2004) Directs (postes IR 2, IGREF) Groupe INRA CAFQA (B. Seguin), Expertise collective « stockage C sols agricoles » Collaboration Dpt EA (Avignon, Orléans, Grignon, Clermont) STICS, co-encadrement de thèse ADEME (co-financement thèse) INAPG (CEREOPA) CEA / LSCE en devenir 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats l MIRAj. E – – Un “cluster” autour du modèle AROPAj Un site intranet et un serveur dédié l Lien avec les sites et projets à visibilité externe GENEDEC (à venir) – STICS ? – l – Une commande générique UNIX l l l 6 Un forum organisé autour des projets financés et susceptibles d’être audités (UE, GICC, DP, …) Gestion des “cahiers du jour” Mementos Menus d’accès à l’utilisation du modèle 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) M IR Aj E Ex t Ve ran Pr rsa et I ot ille NR ec s tio -G A n rig IP no n 7 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Modèle AROPAj Généricité et modularité – Un ensemble de modèles représentant le comportement économique de fermes représentatives (exploitations type, virtuelles, constituées à partir du RICA) – Blocs matriciels constitutifs du modèle autour des l l l 8 Variables caractérisant une fonction d’objectif, des activités de production et de consommation factorielle, Modules techniques (contraintes agronomiques, production et alimentation animale, démographie bovine, …) Instruments de la PAC (aides directes, gel de terre, quota, …) Indicateurs à caractère environnemental (GES) Scenarios 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Principes du modèle – Micro-économique multi-producteur l l – Fondé sur la programmation mathématique l l Fort contenu technique (agronom. , zoot. , relat. d’émissions) Statique mono-périodique (annuel) – Qui associe un PL à chaque exploitation agricole type – Permettant l’analyse macro-économique : l l 9 Rationnalité individuelle Offre (prix exogènes) Agrégation successive des producteurs types (région, Etat membre, UE) “jeu” entre producteur et contribuable 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Modèle générique pour la ferme type k programme du producteur : max pk(x, z ; qk, j) = pk(qk, j) x x, z st / Ak(qk, j) x - bk(qk, j) z ≤ 0 (l) z = Nk (h) x≥ 0 Ferme type: Eléments: Paramètres: Activités: 10 22 -23 janvier 2004 (m) k Ak , bk , pk k , x, z, l, h, m MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Maquette Sveg Farm type External aggregation Pveg On-f Breed Live. St CAPact Agron n -S Vegetal use Breeding 0 < Cattle Demogr. -S CAP = -S 1 Sveg Pveg On-f Breed Live. St Agron Vegetal use Sveg Pveg On-f Breeding Agron Breed N FT 1 CAPact n Live. St -S CAPact n FT 2 0 < Demog Sveg Pveg On-f CAP Agron Breeding Vegetal use CAP -S CAPact n Breed -S Live. St -S 1 Demog = N Breeding FT 3 < 0 = N -S -S 1 Demog CAP -S < -S -S 1 Sveg 0 Pveg On-f Breed Live. St Agron -S Vegetal use = N FT k CAPact n Breeding < 0 = N -S 11 CAP 22 -23 janvier 2004 -S 1 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Cohérence entre les modules Yields functions Animal « block » - cattle demographic balance - capital adjustment - feeding Crop « block » - yields -fertilizers (N org. & min. ) - use (market / on-farm) Manure - CH 4 - organic N C sequestration - soils (change in practice, land use) - upper biomass (trees) 12 22 -23 janvier 2004 Climate change adaptation GHG - CH 4 - N 2 O - NO, O 3 ? +C MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Elaboration du modèle à partir de la maquette – Typologie l l – Estimation des paramètres l l – Économétrie simple Dires d’expert Calibrage l 13 Critère géographique (région RICA, alt. ) Critère technico-économique (OTE RICA) Combinaison gradient, Monte. Carlo 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Version UE-15 Data (FADN) - Yields - Area - Variable costs - Producing activities - Size of farms - Altitude -… Other sources 14 Estimation Typology 15 countries, 101 regions 734 farm-types Calibration Model inputs - Prices - Technical parameters - CAP-related parameters 734 models Maximize gross margin Subject to : - Technical constraints - Policy constraints Model output - Optimal area - Livestock numbers - Animal feeding - Net emissions - Emissions coefficients - Soils characteristics - Fertilizer uses and prices -… 22 -23 janvier 2004 MICCES
Artix Sources • Carte européenne 6 des sols (1/10 ) • Base de données du projet MARS (JRC) • RICA : AROPAj étape de calibrage Architecture Client-Serveur Sources Base de données Oracle, My. Sql, Post. Gres, …. . sol climat Pays Région Ferme Type -Apports organiques Culture Prix des engrais - Cultivars - type d’engrais azoté - Fractionnement - Autres pratiques culturales pour STICS -Irrigation SERVEUR Client Java Réseau Client Java 15 22 -23 janvier 2004 • FAO • Eurostat MICCES • Experts
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Méthode Couplage des modèles AROPAj et STICS (1) Base de données ENTREES A DETERMINER • Cultivar 3 • sol 5 • Précédant cultural A R O P A J 19 ENTREES FORCEES • Climat 2 S T I C S • Type d’engrais et calendrier • Irrigation R = rendement Echelle : 1 culture, 1 ferme type 30 + + +… +… +… X X 1 XX +… X X X N = Azote (engrais + déjections) R = B – (B-A) e - t N R X R 0 X X 24 X N 0 Données pseudo Courbe ajustée -experimentales : répondant le mieux 30 jeux aux critères économiques Sélection du jeu d’entrées • Apports azotés organiques (quantité évaluée, caractéristiques) 22 -23 janvier 2004 N TOUTES LES ENTREES (variété, sol, précédent) NECESSAIRES FIXEES MICCES
Méthode Couplage des modèles AROPAj et STICS (2) Echelle : 1 culture, 1 ferme type ENTREES AZOTEES • doses d’engrais variables OU OU R R • épandages d’effluents variables * ENTREES FIXEES B D 20 • Sol 1 • Climat 1 • Cultivar 1 • irrigation 1 • Type d’engrais et calendrier 1 1 • Précédant cultural 1 R = B – (B-A) e - t N R = b – (b-a) e - T N S T I C S * * * X X X D D = quantité de déjection X N N = unités d’azote engrais Equivalentes en rendement (toutes conditions égales par ailleurs) R = B – (B-A) e - t N Courbe unique AROPAJ 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Impact « biophysique » du changement climatique et implication économique Déformation du rendement fonction de réponse à l’engrais minéral azoté r(x; CO 2, T, …) ? Quelles associations climat – sol – culture ? ? Cultures nouvelles pour une région Potentiel agronomique fonction du sol, du climat Déformation par le climat Variété ? Coût ? Rendement ? Risque évènement extrême (proba? ) 21 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Émissions et séquestration C – – À partir du lien entre émissions GES, stockage C et activités agricoles : Estimer les coûts d’abattement du Carbone l l – Combien il en coûterait aux producteurs de réduire leurs émissions Coûts total et marginal Évaluer le potentiel que l’on obtiendrait par la régulation l À quels niveaux d’émission conduirait l’instauration de politiques économiques selon les instruments et le contexte – “prix” (taxes sur les émissions, les produits ou facteurs) – “quantité” (quota sur les émissions, les produits ou facteurs) – 1 er rang (les émissions … inobservables individuellement) – 2ème rang (les produits ou facteurs … marchandisés) – Tenir compte de l’hétérogénéité des coûts d’abattement l 22 Où se produirait et qui produirait la réduction des émissions pour un niveau donné d’incitation 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Emission accounting within the economic model – Several options are available: l l – – 23 Average coefficients per unit of agricultural activities IPCC: Inventory-based, relying on national parameters Using outputs from bio-physical models “Hard” coupling of economic and biophysical models Trade-off between accuracy, availability of data, computing time and compatibility of inputs/outputs The choice of the accounting method matters when it comes to estimate abatement cost 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Relations entre émissions et activités : IPCC Area N 2 O agricultural soils (synthetic fertilizers) X (N use) N 2 O agricultural soils (crop residues and N-fixing crops) X (N use) Animal numbers N 2 O agricultural soils (manure applied to soils) X N 2 O agricultural soils (animal production) X N 2 O manure management X CH 4 enteric fermentation X X CH 4 rice cultivation 24 Animal Feeding (X) Carbon sequestration 22 -23 janvier 2004 MICCES (X)
Outils, méthodes et résultats (suite) l GHG emissions from agriculture in the EU – Le point de départ CO 2 (Mt. CO 2) CH 4 (Mt. CO 2) N 2 O (Mt. CO 2) Enteric fermentation - 131. 4 Manure management - 33. 1 Rice cultivation - 2. 3 - Total (Mt. CO 2) - 131. 4 29. 1 2. 3 Agricultural soils 2. 0 1. 3 189. 7 193. 1 Total Agriculture 2. 0 168. 3 219. 2 389. 5 Total EU (excl. LULUCF) 3324. 8 341. 8 338. 1 4004. 7 LULUCF (agri. and forestry) -180. 7 2. 6 5. 9 -172. 2 Source : IPCC 2003, 2000 data 25 62. 2 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Estimating abatement costs – Pricing the externality’ to estimate abatement costs (primal approach): l l l – Alternative approach (dual): l l 26 A tax t on net emissions is assumed to affect the gross margin Modification of the relative prices between activities t in [0; T] => individual abatement supply curves or equivalently the marginal abatement cost functions A emission quota q is introduced q<E 0 Modification of the feasible set. The shadow price (emission constraint) = MAC q in [Emin; E 0] => individual MAC curves 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Coûts marginaux de réduction en France No authorization of afforestation of set aside land 27 Source : De Cara et Jayet (2000) Eur. Rev. of Ag. Econ. 22 -23 janvier 2004 Increasing ratio LU/ha MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Coûts marginaux de réduction en France Authorization of afforestation of set aside land 28 Source : De Cara et Jayet (2000) Eur. Rev. of Ag. Econ. 22 -23 janvier 2004 Increasing ratio LU/ha MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l 29 Offre de réduction pour l’UE (CH 4 et N 2 O) 22 -23 janvier 2004 MICCES
Outils, méthodes et résultats (suite) l Distribution régionale de l’abattement Relative regional abatement rate for t = 34€/t. CO 2 when total abatement is 8% 30 22 -23 janvier 2004 MICCES
Perspectives et conclusion l Au carrefour – – l Développer un modèle de référence – l – – Impacts de l’agriculture sur l’environnement (GES) Impacts du changement climatique sur l’agriculture Aléas sur les évènements extrêmes Susceptible d’aider à la décision publique en matière – 31 Pour les décideurs publics ou privés européens ou nationaux Traitant des relations agriculture - environnement – l Entre économie et biophysique Des politiques agricoles et environnementales – D’évaluation des incitations au changement d’utilisation du sol Et au changement des pratiques agricoles 22 -23 janvier 2004 MICCES
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