Incertitude, évaluation des risques et principe de précaution

Risques, controverses et principe
de précaution
Cours ENPC
Séance n°8
Jean-Charles HOURCADE
Le calcul économique peut-il calmer les
crispations autour du principe de précaution?
• Principe de précaution:
– comment décider en l’absence de preuve admise par tous?
– ou parapluie contre les mises en cause futures (procès
juridique et/ou politique)?
• ‘Gel’ ou réorientation du progrès technique
• Dictature sur les générations futures au nom des
« futurs qui déchantent » ou garde fou contre la
préemption du futur par les génération présentes?
• Voie ouverte à l’usage stratégique de l’incertitude et
des controverses scientifiques ou moyen de
prévention des « paniques »
Trois grands problèmes logiques à clarifier
• Risque, incertitude et controverses:
que décider? quand?
• L’arbitrage court terme – long terme et
l’équité intergénérationnelle:
• L’équité intragénérationnelle …. sur
plusieurs générations
Un problème d’arbitrage court terme/long
terme à trois dimensions
• Traitement de l’incertain en univers controversé: question
de tempo et de contenu; « quand décider quoi? »
• L’équité intergénérationnelle: comment pondérer
générations présentes et générations futures?
• L’équité intragénérationnelle: que faire quand la
séparabilité équité – efficacité n’est plus assurée?
Décision dans l’incertain: principes de base
•
Aversion au risque (Von Neumann – Morgenstern)
– U [E (e1,e2,e3)] ≠ E [U (e1,e2,e3)]
– Concavité de la fonction VNM: indice Arrow-Pratt = 
u ' ' (c )
u ' (c )
•
Probabilités subjectives (Savage)
•
Apprentissage bayesien et valeur de l’information
•
Valeur d’option et irréversibilité (cf note http)
•
Réinterprétation du schéma Savage-Bayes : mandat donné à un
planificateur bienveillant
•
Nouvelles frontières: l’aversion pour l’ambiguïté de l’information, les
approches en probabilités imprécises
Quatre façons de poser un même problème
stylisé de décision séquentielle (cas stylisé)
Soit r, ressource dont on ne sait si
on pourra la renouveler et qu’on
veut utiliser sur trois périodes
(sans actualiser)
Pas d’aversion au risque
uc1   uc2   u1   r   r  c1  c2 
Max
c ,c
1
2
Espérance mathématique de
l’utilité
uc1   uc2   1   * ur    * ur  c1  c2 
Max
c ,c
1
2
Arrivée possible d’une information

 r  c1 
Max
u c1   21    * u ( r )  2 * u  2 
c ,c


1
2
Existence d’une irréversibilité
uc1   21   * ur    uc1   ur  2c1 
Max
c ,c
1
2
Actualisation: une nécessité logique
1. arbitrer entre consommation et investissements
2. La solution ‘orthodoxe’ : i =  + .g
g : taux de croissance de la consommation
 : élasticité de l’utilité marginale de la consommation ( entre 0, 6
et 1,2)
 : préférence pure pour le présent (PPP)
i : taux d’actualisation = productivité marginale du capital
3. Le taux d’actualisation est endogène et lié aux
hypothèses de productivité
4. L’enjeu du taux de PPP (Koopmans): prévenir le
sacrifice des générations présentes
Des malentendus à éviter
• « i » est égal à la productivité marginale à long terme
de l’investissement et non aux taux d’intérêts de CT!
– Il est fonction des hypothèses de croissance à long terme
(signification de croissance à 10% sur 100 ans)
– Il doit intégrer l’incertitude sur la croissance : dominance
mathématique des hypothèses basses (Arrow, Weitzman)
• Les questions sous-jacentes sont:
– Nos petits enfants seront-ils plus riches que nous?
– La baisse des TPPP selon les niveaux de revenu
Estimation des rendements des actifs financiers et investissements directs
Actif
Période
Rendement réel (%)
Pays industriels à revenu élevé
Fonds propres
Obligations
Capitaux étrangers
Emprunts d’Etat court terme
1960-1984
1960-1984
1975-1990
1960-1990
5,4
1,6
15,1
0,3
Etats-Unis
Fronds propres
Ensemble des capitaux privés, avant impôts
Capital social, après impôts
Immobiliers
Terres cultivées
Bons du Trésor
1925-1992
1963-1985
1963-1985
1960-1984
1947-1984
1926-1986
6,5
5,7
5,7
5,5
5,5
0,3
Pays en voie de développement
Enseignement primaire
Enseignement secondaire
plusieurs
plusieurs
26
13
•Source : Nordhaus in IPCC SAR, 1996
18000,00
6,00%
16000,00
5,00%
14000,00
4,00%
3,00%
12000,00
1,00%
8000,00
delta
2,00%
10000,00
0,00%
6000,00
-1,00%
USA
France
Italie
UK
Espagne
Grèce
Portugal
Brésil
Corée
Pérou
-4,00%
Equateur
0,00
Turquie
-3,00%
Congo
2000,00
Indonésie
-2,00%
Bangladesh
4000,00
Guinée
PIB (dollars 1987)
Taux de préférence pour le présent en fonction du PIB
PIB/tête
delta
Linéaire (delta)
Propositions ‘hétérodoxes’ ou vers une
« complétude » de l’analyse
•PPP nulle (Cline): elle sacrifie les générations présentes
• PPP décroissant de façon hyperbolique (Lowestein et
Prelec, Cropper et al (1994); distance emphatique
(Schelling): problème d’incohérence dynamique
• Critère Chichilnisky : il sacrifie les générations
intermédiaires problème du sacrifice du moyen terme
• seule alternative, la fin des analyses incomplètes:
– U (C) ou U(C,E) ?… l’environnement comme « bien supérieur »
– des schémas de décision séquentielle
« The choice of abatement paths thus
involves balancing the economic
risks of rapid abatement now (that
premature capital stock retirement
will later be proved unnecessary)
against the corresponding risk of
delay (that more rapid reduction will
then be required, necessitating
premature retirement of future capital
stock) »
IPCC
Un outil: la modélisation intégrée
UNCERTAINTY
Consumption
Emissions
Production
Concentrations
Climate
change
CC Damages
CC Impacts
Welfare Variation of
vulnerable populations
(SLR, agriculture,
extreme events
biodiversity, …)
De l’analyse positive à l’analyse normative
Bien être individuel
Max(W )    i  e  pt  U i ,t (Ci , y , Et )
i
Fonction de production
Qt  F ( Kt , Lt , t ).(t , Adt , t )
Répartition de la production
Qt  Ct  It  Abt  Adt
Dynamique du capital
Kt 1  (1   ) Kt  It  ( t , Adt , t ).Kt
I ,l ,Q , ab , ad
Emissions - ponctions
emt  G(Qt , Abt , t )
Concentrations et stocks
M t 1  h( M t , emt )
 H ( M t , Qt , Abt , t )
Transformation des milieux
 t 1  L( t , M t , t )
Aménités environnementales
Et 1  J ( Et ,t , Adt )
Un paramètre préalable: quelle « attitude » visà-vis des risques environnementaux?
• Trois types d’approches possibles
– Arbitrage coût/bénéfice avec monétisation détaillée des
dommages
– Arbitrage coût/bénéfice avec monétisation globale des craintes
attachées à divers niveaux de transformation du climat
– Calcul coût/efficacité après fixation normative des ‘niveaux
d’interférences dangereuses’
• Dont l’adoption dépend:
– de jugements de valeur sur la valorisation monétaire (refus
éthique ou doute ‘pragmatique’)
– d’un arbitrage entre
• Précision et robustesse de l’information
• Complétude et pertinence de l’information
Seuils de danger et analyse coût-efficacité
PRECISION
Une cascade
d’incertitudes
Démographie,
technologie,
croissance économique
Déterminants
socio-économiques
Cycle du
Carbone
Emissions
Une cascade de mesures
des bénéfices
des politiques climatiques
Régionalisation
des changements
climatiques
Sensibilité
du climat
Concentrations
Concentration CO2
Changement
climatique
global
Amplitude et rythme
de l’augmentation de
la température
moyenne globale,
Hausse moyenne
du niveau des mers
Niveau de développement,
adaptation
Changement
climatique
régional
Impacts
régionaux
Indicateurs
régionaux
du changement
climatique:
DT, précipitations,
…
Jugements
de valeurs
Dommages
Indicateurs
Variations
des impacts:
de bien-être
rendements agr.,
biodiversité,
hausse du niveau des mers…
PERTINENCE
Coût efficacité
Coût bénéfice
Safe Landing Analysis
TWA
Préférence pour stabilité du climat
Fonctions de dommages
Préférence pour le climat
et analyse coût-bénéfice globale
PRECISION
Une cascade
d’incertitudes
Démographie,
technologie,
croissance économique
Déterminants
socio-économiques
Cycle du
Carbone
Emissions
Une cascade de mesures
des bénéfices
des politiques climatiques
Régionalisation
des changements
climatiques
Sensibilité
du climat
Concentrations
Concentration CO2
Changement
climatique
global
Amplitude et rythme
de l’augmentation de
la température
moyenne globale,
Hausse moyenne
du niveau des mers
Niveau de développement,
adaptation
Changement
climatique
régional
Impacts
régionaux
Indicateurs
régionaux
du changement
climatique:
DT, précipitations,
…
Jugements
de valeurs
Dommages
Indicateurs
Variations
des impacts:
de bien-être
rendements agr.,
biodiversité,
hausse du niveau des mers…
PERTINENCE
Coût efficacité
Coût bénéfice
Safe Landing Analysis
TWA
Préférence pour stabilité du climat
Fonctions de dommages
De l’analyse côut-efficacité à l’analyse coûtbénéfice détaillée
PRECISION
Une cascade
d’incertitudes
Démographie,
technologie,
croissance économique
Déterminants
socio-économiques
Cycle du
Carbone
Emissions
Une cascade de mesures
des bénéfices
des politiques climatiques
Régionalisation
des changements
climatiques
Sensibilité
du climat
Concentrations
Concentration CO2
Changement
climatique
global
Amplitude et rythme
de l’augmentation de
la température
moyenne globale,
Hausse moyenne
du niveau des mers
Niveau de développement,
adaptation
Changement
climatique
régional
Impacts
régionaux
Indicateurs
régionaux
du changement
climatique:
DT, précipitations,
…
Jugements
de valeurs
Dommages
Indicateurs
Variations
des impacts:
de bien-être
rendements agr.,
biodiversité,
hausse du niveau des mers…
PERTINENCE
Coût efficacité
Coût bénéfice
Safe Landing Analysis
TWA
Préférence pour stabilité du climat
Fonctions de dommages
Tempo de l’action en coût-efficacité
• Pour une cible connue ex-ante (Wigley, Richels,
Edmonds) : les raisons de ne pas agir trop fort trop tôt
– inerties socio-techniques,
– progrès technique sur les techniques peu émettrices,
– taux d’actualisation
• Pour une cible non connue ex-ante: les raisons d’agir
vite significativement:
– décision séquentielle avec révision de l’information où les
probabilités subjectives sont réinterprétées comme des
« croyances » différentes et l’espérance mathématique comme
une recherche de compromis acceptable
– Intégration du coût du rattrapage du retard
Une expression synthétique du principe de
précaution
« The choice of abatement paths thus involves
balancing the economic risks of rapid
abatement now (that premature capital stock
retirement will later be proved unnecessary)
against the corresponding risk of delay (that
more rapid reduction will then be required,
necessitating premature retirement of future capital
stock) » IPCC – Second assessment report
source: IPCC/WGIII/TS
p.67
Une expression synthétique du principe de
précaution
« The choice of abatement paths thus involves
balancing the economic risks of rapid
abatement now (that premature capital stock
retirement will later be proved unnecessary)
against the corresponding risk of delay (that
more rapid reduction will then be required,
necessitating premature retirement of future capital
stock) » IPCC – Second assessment report
Leçons de l’analyse coût - efficacité
• Confirmation sans surprise de la théorie sur l’importance
du couple irréversibilité/valeur de l’information
• Le jeu du taux de PPP est dominé par :
– L’hypothèse sur la date d’arrivée de l’information
– Le jeu de l’inertie des systèmes techniques
• NB: Si les taux d’actualisation diffèrent en raison du
degré d’optimisme sur la croissance et la productivité
marginale du capital:
– l’écart de résultats entre hypothèses haute et basses est encore
plus faible (car avec une forte croissance on de rapproche plus
vite du plafonds de concentration ou de température)
Tempo de l’action en coût-bénéfice
De la nécessité (au moins analytique) d’une bien
hasardeuse évaluation monétaire des dommages
sur un siècle (et plus):
• éviter la « dictature de la minorité »
• minimiser l’arbitraire dans le choix des cibles de
concentration (ou de température) en débat
• intégrer la possibilité d’overshoot’ en cas de trop
mauvaise nouvelle
Monétisation globale via une fonction d’utilité à
deux biens
• U(C,E) au lieu de U (C): un « détail » technique qui
change drastiquement les résultats et renvoie à deux
problèmes de fonds
• L’environnement comme bien supérieur (i.e. dont la
part dans le budget des ménages croit avec la richesse):
que voudront vraiment les générations futures?
• Consentement à payer pour ne pas (trop) s’écarter du
régime climatique actuel (valeur de legs, prudence)
U (C , )  ln  C  .    

Amplitude du réchauffement moyen global (°C)
2,5
Préférence pure pour le présent: 3% per annum
2
Analyse coût-efficacité
Analyse coût-bénéfice
1,5
1
0,5
0
1990
2010
2030
2050
2070
2090
2110
2130
2150
Disponibilité à payer pour la stabilité du climat (fonction de
production à deux biens: un overshoot modéré malgré une
PPP élevée
Les motifs d’une monétisation complète
• Un impact n’est pas nécessairement un dommage
(aspects positifs du réchauffement)
• Protéger l’opinion contre les « prophètes du
malheur »
• Aider chacun à saisir son « intérêt bien compris »
• Tout $ dépensé pour prévenir le CC ne sera pas
dépensé ailleurs, il faut raisonner $ contre $
(Lomborg)
source: IPCC/WGIII/TS p.67
Ne rien faire ou si peu … ou compléter l’analyse?
“Along the economically efficient emission
path, the long-run global average
temperature rises sharply. After 500 years, it
is projected to increase 6.2 °C over the 1900
global climate. While we have only the
foggiest idea of what this would imply in
terms of ecological, economic, and social
outcomes, it would make most thoughtful
people even economists nervous to induce
such a large environmental change. Given
the potential for unintended and potentially
disastrous consequences, it would be
sensible to consider alternative approaches
to global warming policies?” (Nordhaus)
Problèmes d’écriture des fonctions dommages
• Cycle du carbone et effet accélérateur de la réponse des
écosystèmes
• sensibilité climatique et passage concentration >température
• Question du rythme du réchauffement
• Un simple problème de spécification?
- polynômes de degré inférieur ou égal à trois (Nordhaus)
- Hockey-Stick (Manne et Richels)
- Fonctions à seuils et discontinuités
Augmentation de la température moyenne globale (°C)
4
Sensibilité du climat: 4.5°C
3,5
Sensibilité du climat: 3.5°C
Sensibilité du climat: 2.5°C
3
2,5
2
Intervalle de transition catastrophique
1,5
1
0,5
0
1990
5
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
2100
Sensibilité du climat: 4.5°C
Sensibilité du climat:3.5°C
Sensibilité du climat:2.5°C
Dommages (%GWP)
4
3
Sensibilité du climat croissante
2
1
0
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
2100
Global mean temperature increase
temperature
increase (°C)
2,5
base year: 1990, scenario AIM (SRES, 2001)
2
IPCC GCModels
GFDL_R15_a
CSIRO Mk2
1,5
HadCM3
HadCM2
ECHAM4/OPYC
1
CSM 1.0
DOE PCM
0,5
0
1990
time
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
2100
Climate Change Damages
IPCC GCModels
7
GFDL_R15_a
CSIRO Mk2
HadCM3
6
HadCM2
ECHAM4/OPYC
CSM 1.0
Damages (% PIB)
5
DOE PCM
4
RATIO= 5,5
3
2
1
0
1990
time
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
2100
18
Croyances optimistes sur la sensibilité du climat
Emissions de référence
16
Sensibilité basse (2,5°C)
14
Sensibilité moyenne (3,5°C)
Emissions (GtC)
12
10
8
Sensibilité haute (4,5°C)
6
Arrivée de l'information
4
en 2020
en 2080
2
0
1990
Aucune arrivée
d'information
2010
2030
2050
2070
2090
2110
Rôle des croyances sur la sensibilité climatique
18
Croyances centrées sur la sensibilité du climat
Emissions de référence
16
Sensibilité basse (2,5°C)
14
Emissions (GtC)
12
Sensibilité moyenne (3,5°C)
10
8
Sensibilité haute (4,5°C)
6
Arrivée de l'information
4
en 2020
en 2080
2
0
1990
Aucune arrivée
d'information
2010
2030
2050
2070
2090
2110

18
Croyances pessimistes sur la sensibilité du climat
Emissions de référence
16
Sensibilité basse (2,5°C)
14
Emissions (GtC)
12
Sensibilité moyenne (3,5°C)
10
8
Sensibilité haute (4,5°C)
6
Arrivée de l'information
4
en 2020
en 2080
2
0
1990
Aucune arrivée
d'information
2010
2030
2050
2070
2090
2110

4,5
=5%
Abattement de première
période avec dommages
linéaires ( de 0,5 à 5%
du PMB2100,  de 1 à
10%).
4
4%
Abattement de première période (GtC/an)
3,5
3
3 %
2,5
2%
2
1,5
%
1,5
1%
1
=0,5%
0,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Taux d'actualisation (%)
4,5
4
avec dommages explosifs
( :450-750 ppm,  : 1-10%)
Abattement de première période (GtC/an)
3,5
450 ppm
3
550 ppm
2,5
650 ppm
2
1,5
750 ppm
1
0,5
0
1
2
3
4
5
6
Taux d'actualisation (%)
7
8
9
10
Dommages (bien élevés) où “à seuil”?
• “méthode des analogues” -> coût après adaptation à un
nouveau climat stabilisé climat modifié (connu ex-ante) > coût très modérés <2-3% du PIB sur un siècle
• Seuls les risques de catastrophe globale (The Day After)
justifient alors l’action
• L’évaluations changent si on introduit les coûts
d’adaptation à un climat non stabilisé, volatile et
inconnu ex-ante
– incertitude sur les prédictions un ordre de grandeur supérieure
aux prédictions globales
– effet de masque de la variabilité climatique
– intensité capitalistique de l’adaptation et risques de sunk costs
Météo-France Center model, ARPEGE-Climat, Emission scenario SRES/A2
Hadley Center model, HadRM3H, Emission scenario SRES/A2
Effets de seuils et ‘fragilité’ des sociétés impactées
• Tensions pré-existantes (tensions sur l’eau ((Darfour) montée des
mers (Bengla-Desh), évènements extrèmes Amérique Centrale)
• Inertie (sociales, techniques) dans l’adaptation:
– ‘rigidités’ institutionnelles des sociétés rurales
– Contraintes de mobilisation des capacités techniques de
reconstruction après des Extrêmes Climatiques
– Mauvaise anticipation du changement et dénégation des alertes
(cas New-Orleans)
• Absence de compensation et d’assurance
•
Impacts sur le cycle économique (dépréciation de la
valeur du capital immobilier et foncier)
• Effets de propagation entre régions (migration etc …)
Illustration of the sources of thresholds in damages due to
Large Weather extremes
P
Pertes de PIB(%)
Mean GDP losses due to extreme events, as a function of the reconstruction capacity (fmax, that
represents the maximum share of total investment that can be devoted to reconstruction over the
short-term) and the distribution of extremes (when =2 both the frequency and mean intensity of
extremes are multiplied by 2). The red line gived the set of parameters for which GDP losses are
lower than 1%
Deux caveat pour terminer
• Rapport Stern: l’équivalent d’une guerre mondiale?
• Richard Tol, Mendelson : 2-3% du PIB mondial
• Attention aux pièges de l’agrégation
– dans le temps: le coût strictement économique
de la première guerre en France est de 1,2% du
PIB sur la période 1871 – 1039 (0.002% en coût
actualisé … retour à l’asymétrie des gains et
pertes en utilité
– dans l’espace: propagation et fin de la distinction
gagnants/perdants
Some references
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models and elicitation of attitudes towards climate change, Environmental Modeling and Assessment, 8, pp.
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