Economie publique du changement climatique UMR Economie Publique INRA-INAPG Modèle Intégré pour les Régulations Agri-Environnementales Laure Bamière Elodie Debove Stéphane De Cara Caroline Godard Pierre-Alain Jayet Binta Niang 1 22-23 janvier 2004 [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] MICCES Outline of the presentation 2 L’équipe Les objectifs Les appuis Outils, méthodes et résultats perspectives 22-23 janvier 2004 MICCES L’équipe DR2 + CR2 (2001) + IR2 (2003) Thèses – – CDD (GICC) CDD ? Projets 6e 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 Dans une perpective d’économie publique – – – en s’appuyant sur la modélisation – – 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, CO2) 22-23 janvier 2004 MICCES Les appuis Institutionnels par financement sur appel d’offre – – – INRA et autres établissements de R&D – – – – – – 5 MATE GICC (1999, 2001, 2002) MIES, DP 6e PCRD (2004) Directs (postes IR2, 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 MIRAjE – – Un “cluster” autour du modèle AROPAj Un site intranet et un serveur dédié Lien avec les sites et projets à visibilité externe – – – Un forum organisé autour des projets financés et susceptibles d’être audités (UE, GICC, DP, …) Une commande générique UNIX 6 GENEDEC (à venir) STICS ? Gestion des “cahiers du jour” Mementos Menus d’accès à l’utilisation du modèle 22-23 janvier 2004 MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) MIRAjE Bienvenue au Forum de Discussion sur le projet MIRAjE FAQ Profil Rechercher Liste des Membres Vous n'avez pas de nouveaux messages Groupes d'utilisateurs Déconnexion [ Pierre-Alain Jayet ] MC2 (Modèles, couplage, climat) Modérateur: Stéphane De Cara Utilisateurs parcourant actuellement ce forum: Aucun MIRAjE Index du Forum -> MC2 (Modèles, couplage, climat) Sujets Réponses Auteur Vus Derniers Messages Post-it: Les Mardi de Grignon 0 Stéphane De Cara 121 Mar Juin 03, 2003 2:19 pm Stéphane De Cara Post-it: Bienvenue sur MC2 0 Stéphane De Cara 13 Mar Avr 08, 2003 5:29 pm Stéphane De Cara Cycles biogéochimiques, effet de serre et chgt climatique 0 Caroline Godard 3 Ven Jan 16, 2004 3:41 pm Caroline Godard Notes de Caroline sur les engrais 0 Stéphane De Cara 4 Mar Déc 02, 2003 5:10 pm Stéphane De Cara Emissions de GES : Une note sur les unités 0 Stéphane De Cara 10 Ven Juil 11, 2003 4:36 pm Stéphane De Cara Emissions de N2O d'origine agricole 0 Stéphane De Cara 15 Ven Juil 11, 2003 12:45 pm Stéphane De Cara Montrer les sujets depuis: Tous les Sujets MIRAjE Index du Forum -> MC2 (Modèles, couplage, climat) 7 Marquez tous les sujets comme lus Aller Toutes les heures sont au format GMT + 1 Heure Page 1 sur 1 22-23 janvier 2004 MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) 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 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) Principes du modèle – Micro-économique multi-producteur – Fondé sur la programmation mathématique 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 : 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) Modèle générique pour la ferme type k programme du producteur : max pk(x, z ; k,) = pk(k,) x x,z st / Ak(k,) x - bk(k,) 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) Maquette Sveg Farm type External aggregation Pveg On-f Breed LiveSt CAPact Agron n -S Vegetal use Breeding 0 < Cattle Demogr. -S CAP = -S 1 Sveg Pveg On-f Breed LiveSt Agron Vegetal use Sveg Pveg On-f Breeding Agron Breed LiveSt -S CAPact n FT 2 < Demog Sveg Pveg On-f CAP Agron Breeding Vegetal use Vegetal use CAP 0 -S Breed -S LiveSt CAPact n -S < 1 N = Demog -S Breeding -S 0 = N 1 Demog CAP FT 3 -S < -S -S 1 Sveg 0 Pveg On-f Breed LiveSt Agron Vegetal use = N 22-23 janvier 2004 FT k CAPact n -S Breeding CAP 11 N FT 1 CAPact n -S -S 1 < 0 = N MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) 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 - CH4 - organic N C sequestration - soils (change in practice, land use) - upper biomass (trees) 12 22-23 janvier 2004 Climate change adaptation GHG - CH4 - N2O - NO, O3 ? +C MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) Elaboration du modèle à partir de la maquette – Typologie – Estimation des paramètres – Critère géographique (région RICA, alt.) Critère technico-économique (OTE RICA) Économétrie simple Dires d’expert Calibrage Combinaison gradient, MonteCarlo min x* k ( k , ) x k k d where . 13 22-23 janvier 2004 MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) 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 Oracle, MySql, PostGres, ….. sol • RICA : AROPAj étape de calibrage Sources Base de données • Carte européenne des sols (1/10 6) • Base de données du projet MARS (JRC) Architecture Client-Serveur climat Pays Région Cultivars Ferme Type Apports organiques Prix des engrais Culture type d’engrais azoté Fractionnement Autres pratiques culturales pour STICS Irrigation SERVEUR Client Java Réseau Client Java Client Java 15 • FAO • Eurostat 22-23 janvier 2004 MICCES • Experts 16 22-23 janvier 2004 MICCES 17 22-23 janvier 2004 MICCES 18 22-23 janvier 2004 MICCES 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 X1 XX +… X X X R = B – (B-A) e - t N R X R0 X X 24 X N = Azote (engrais + déjections) X X N0 Données pseudoexperimentales : 30 jeux Courbe ajustée répondant le mieux 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 R = B – (B-A) e - t N R = b – (b-a) e - T N • épandages d’effluents variables * * * * X * ENTREES FIXEES BD 20 * • Sol 1 • Climat 1 • Cultivar 1 • irrigation 1 • Type d’engrais et calendrier 1 1 • Précédant cultural 1 S T I C S X X X X * X X D D = quantité de déjection 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) Impact « biophysique » du changement climatique et implication économique Déformation du rendement fonction de réponse à l’engrais minéral azoté r(x; CO2, T, …) ? Quelles associations climat – sol – culture ? r p p Cultures nouvelles pour une région r1 ? -w r0 Déformation par le climat -w Potentiel agronomique fonction du sol, du climat Variété ? Coût ? Rendement ? Risque évènement extrême (proba?) 21 22-23 janvier 2004 x1 x0 x MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) Émissions et séquestration C – – À partir du lien entre émissions GES, stockage C et activités agricoles : Estimer les coûts d’abattement du Carbone – Combien il en coûterait aux producteurs de réduire leurs émissions Coûts total et marginal Évaluer le potentiel que l’on obtiendrait par la régulation À quels niveaux d’émission conduirait l’instauration de politiques économiques selon les instruments et le contexte – – – – – Tenir compte de l’hétérogénéité des coûts d’abattement 22 “prix” (taxes sur les émissions, les produits ou facteurs) “quantité” (quota sur les émissions, les produits ou facteurs) 1er rang (les émissions … inobservables individuellement) 2ème rang (les produits ou facteurs … marchandisés) 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) Emission accounting within the economic model – Several options are available: – – 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) Relations entre émissions et activités : IPCC Area N2O agricultural soils (synthetic fertilizers) X (N use) N2O agricultural soils (crop residues and N-fixing crops) X (N use) Animal numbers N2O agricultural soils (manure applied to soils) X N2O agricultural soils (animal production) X N2O manure management X CH4 manure management X CH4 enteric fermentation X X CH4 rice cultivation (X) Carbon sequestration 24 Animal Feeding 22-23 janvier 2004 MICCES (X) Outils, méthodes et résultats (suite) GHG emissions from agriculture in the EU – Le point de départ CO2 (MtCO2) CH4 (MtCO2) N2O (MtCO2) Enteric fermentation - 131.4 Manure management - 33.1 Rice cultivation - 2.3 - Total (MtCO2) - 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) Estimating abatement costs – Pricing the externality’ to estimate abatement costs (primal approach): – Alternative approach (dual): 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<E0 Modification of the feasible set. The shadow price (emission constraint) = MAC q in [Emin;E0] => individual MAC curves 22-23 janvier 2004 MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) Coûts marginaux de réduction en France 450 No authorization of afforestation of set aside land 400 350 300 l (€) 250 200 150 100 50 0 1 2 20% 3 4 5 5% 6 Deciles of the total population Source : De Cara et Jayet (2000) Eur. Rev. of Ag. Econ. 27 22-23 janvier 2004 7 8 1% 9 1- 10 Increasing ratio LU/ha MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) Coûts marginaux de réduction en France 225 Authorization of afforestation of set aside land 200 175 150 l (€) 125 100 75 50 25 0 1 2 20% 3 4 5 5% 6 Deciles of the total population Source : De Cara et Jayet (2000) Eur. Rev. of Ag. Econ. 28 22-23 janvier 2004 7 8 1% 9 1- 10 Increasing ratio LU/ha MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) 29 Offre de réduction pour l’UE (CH4 et N2O) 22-23 janvier 2004 MICCES Outils, méthodes et résultats (suite) Distribution régionale de l’abattement Relative regional abatement rate for t = 34€/tCO2 when total abatement is 8% 30 22-23 janvier 2004 MICCES Perspectives et conclusion Au carrefour – – Développer un modèle de référence – – – 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 – 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