` THESE pour obtenir le grade de Docteur de l’Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l’Environnement (Agro Paris Tech) Sp´ecialit´e : Sciences Sociales pr´esent´ee et soutenue publiquement par Elodie Galko le 24 octobre 2007 Mod´elisation de l’offre agricole europ´eenne face `a de nouveaux enjeux : r´eformes politiques, effet de serre et changement climatique Directeur de th`ese : Pierre-Alain JAYET INRA, UMR210 E´conomie Publique, 78850 Thiverval-Grignon Devant le jury : Sylviane Gastaldo Directice de l’ENSAE, Examinateur Bruno Henry de Frahan Professeur, Univ. catholique de Louvain (Belgique), Examinateur Pierre-Alain Jayet Directeur de Recherche, INRA Claude Millier ENGREF, Examinateur Michel Moreaux Professeur, Univ. de Toulouse 1, Rapporteur Katheline Schubert Professeur, Univ. de Paris 1, Rapporteur Bernard Seguin Directeur de Recherche, INRA, Examinateur ii Remerciements Vous vous apprˆetez `a lire la seule partie de ma th`ese que j’aurai r´edig´ee en noc- turne! Je commencerai par remercier les membres de mon jury, Sylviane Gastaldo, Bruno Henry de Frahan, Claude Millier, Michel Moreaux, Katheline Schubert et Bernard Se- guin, qui ont accept´e d’examiner mes travaux et m’ont fait l’honneur de les commenter et me questionner. Je souhaite aussi remercier ceux grˆace `a qui cette th`ese a ´et´e possible : Dominique Bureau, Sylviane Gastaldo et Pierre-Alain, qui m’ont apport´e tout leur appui quand ma future th`ese n’´etait encore qu’un projet. Ils ont fait accepter mon sujet de th`ese par le minist`ere de l’agriculture. Je remercie ´egalement Bernard Seguin qui, en apportant le nerf de la guerre, a permis de d´ebloquer la situation. Mes remerciements les plus sinc`eres vont ´egalement aux membres de mon comit´e de th`ese : Sylviane Gastaldo et Katheline Schubert pour les ´economistes, Nathalie de Noblet et Bertrand Ney pour les biophysiciens. Leurs conseils m’auront ´et´e utiles. Je remercie ´egalement Claude Millier, mon tuteur `a l’Engref qui m’a aid´e `a me poser les bonnes questions pour r´efl´echir `a mon poste d’apr`es th`ese. Je tiens particuli`erement `a remercier Pierre-Alain, qui aura ´et´e `a la fois mon direc- teur de th`ese et mon encadrant direct. Il m’a laiss´e la libert´e qui m’´etait n´ec´essaire et les marges de manœuvre qu’il avait besoin de me laisser. Il aura successivement sup- port´e mon cheval, et mes deux cong´es de maternit´e pour la naissance de ma fille puis de mon fils. Il m’a ´egalement offert une exp´erience marquante en m’accordant toute sa confiance pour encadrer une petite ´equipe d’ing´enieurs fort sympathiques. Jeremercie´egalementmesrelecteurs:St´ephaneDeCara,RajaChakir,Ma¨ıaDavid, Edouard Baranger, Sophie Durandeau, mais aussi mon mari, Florent et mon p`ere. Enfin, mon travail n’aurait ´et´e possible sans l’ach`evement des travaux de Caroline Godard. Nous avons partag´e 2 ann´ees au labo, son sens du d´etail aura´et´e une le¸con de vie. Pour en finir avec les remerciements“acad´emiques”, je mentionnerai aussi Nadine Brisson, ainsi que la communaut´e STICS, ses danses bretonnes et ses s´eminaires en bord de mer. Lecadredemes3ann´eesetdemideth`esea´et´elelaboratoired’´economiepubliquede Grignonetsonambianceinoubliable.Jen’oublieraipaslesgrandsd´ebats,plusoumoins scientifiques qui ont anim´e nos footings et pauses caf´e. A chaque ´ev´enement `a venir, de nature plus ou moins pr´evisible, comme une coupe du monde ou une ´election, je ne manqueraipasd’imaginerunbarˆemepourprendrelesparis.Chaquemoisdejanvierme fera penser aux merveilleuses galettes de Grignon (f´evrier et mars aussi d’ailleurs!). Et l’odeur du caf´e me rappelera toujours la table de votre salle caf´e, rarement impeccable car toujours surcharg´ee de victuailles en tout genre. Et puis, le parc me manquera pour les innombrables possibilit´es qu’il me laissait pour mes entrainements pour les iii 20km de Paris et `a mes compagnons de course que je n’aurai pas r´eussi `a convaincre de me suivre jusqu’au bout. Et parce que les r´ecr´eations scientifiques peuvent aussi ˆetre studieuses, les cours d’anglais en sont un exemple. Des moments de d´etente en anglais ou` il fallait bien faire ses le¸cons! Bien suˆr, mes deux grossesses ont eu une incidence sur certaines conversations, merci pour ces partages d’exp´eriences avec les jeunes, moins jeunes et futures mamans du labo! Et notre public masculin a finalement ´et´e presque aussi patient que nous les ´ecoutant parler de foot et de Yannick Noah. Nathalie, Sylvie, Estelle, Raja, Sophie, Anne-Claire, Ma¨ıa, Binou, Caroline, Ca- therine, Laure, Evelyne, St´ephane, Paul, Edouard, Pierre-Alain, Lo¨ıc, Kevin, Thierry, travailler avec vous ou vous cˆotoyer au quotidien a ´et´e un r´eel plaisir, alors merci tout simplement. Et puis, surtout, gardez moi une tasse de th´e `a l’occasion! iv Resum´e L’agriculture se trouve aujourd’hui au carrefour d’enjeux collectifs majeurs, comme la s´ecurit´e alimentaire ou la pr´eservation de l’environnement. Dans les prochaines an- n´ees, les effets combin´es de la lib´eralisation des ´echanges et du changement climatique vont conduire `a des mutations majeures pour l’activit´e agricole europ´eenne. L’objectif est ici d’analyser le syst`eme agricole europ´een dans sa relation par rapport aux en- jeux auxquels il doit ou devra faire face au cours du XXI`eme si`ecle : r´eformes de la politique agricole commune, limitation des ´emissions de gaz `a effet de serre (GES) et cons´equences du changement climatique. L’´etude se fonde sur un mod`ele ´economique del’offre(AROPAj),coupl´e`aunmod`eleagronomique(STICS)pourlapriseencompte des effets du climat sur les rendements agricoles. Un des atouts du mod`ele ´economique est qu’il permet en outre de mesurer les couˆts d’abattement des ´emissions de GES au niveau europ´een. Les r´esultats obtenus sont tr`es sensibles aux poids donn´es aux deux GES, le m´ethane et le protoxyde d’azote. Le concept standard utilis´e pour mesurer les ´emissions de GES diff´erents est celui de pouvoir de r´echauffement global (PRG). Leur valeur est discut´ee dans un cadre ´economique, puis une analyse de sensibilit´e est faite afin d’´evaluer leur impact sur les couˆts d’abattement. L’utilisation d’AROPAj pour ´evaluer `a la fois les cons´equences de r´eformes politiques et du changement climatique permet de hi´erarchiser les impacts. Ainsi, le changement climatique aurait un effet important sur les marges brutes des exploitants tandis que les sc´enarios de r´eforme envisag´es se traduiraient essentiellement sur l’allocation des terres. Mots-clefs : mod´elisation, politiques agricoles, changement climatique, ´economie, agronomie, Europe, pouvoir de r´echauffement global v vi Abstract Agriculture is strongly involved in major issues like food security and preservation of the environment. Along years, combined effects of trade liberalisation and climate change are going to induce major mutations in the European agricultural sector. This work aims at the analyse of the European agricultural system facing with the major expected stakes of the XXIth century : common agricultural policy reforms, abatement of greenhouse gas (GHG) emissions, and consequences of climate change. This work is based on a supply economic model of the European agriculture (AROPAj), coupled with an agronomic model (STICS) to take into account climate effects on crop yields. One of the major positive interests of AROPAj is that it makes it possible to evaluate EuropeanGHGabatementcostsforagriculture.Resultsareverysensitivetotheweights usedintheaggregationofthetwogreenhousegasesinvolvedinagriculturalproduction, namelymethaneandnitrogenprotoxyde.ThestandardconceptusedtoaggregateGHG emissions related to different gases is usually the Global Warming Potential (GWP). GWP is discussed in a theoretical economic framework. Moreover a sensibility analysis is conducted to assess their impacts on GHG abatement costs. The use of AROPAj in assessing the impacts of both policy reform and climate change helps us to rank these impacts.Accordingtothiswork,climatechangewouldhaveimportantconsequenceson gross margins whereas the policy reforms we studied would have their essential impacts on land allocation. Keywords : model, agricultural policy, climate change, economic assessment, agro- nomy, Europe, Global Warming Potential vii viii Table des mati`eres Remerciements iii Introduction 1 I Politiques agricoles 7 1 Int´erˆet de la programmation math´ematique pour la mod´elisation ´eco- nomique du secteur agricole 9 1.1 Choix de mod´elisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.1 Mod`eles d’´equilibre g´en´eral calculable . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.2 Mod`eles d’´equilibre partiel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1.3 Mod`eles d’offre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2 Techniques de mod´elisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.1 Programmation lin´eaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2.2 Programmation math´ematique positive . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3 Quelques mod`eles de l’agriculture europ´eenne . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.3.1 AROPAj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.3.2 EU-FARMIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.3.3 PROMAPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2 Impacts de la r´eforme de Luxembourg 27 2.1 Le d´ecouplage en th´eorie et dans les mod`eles . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.1.1 Le concept de d´ecouplage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.1.2 E´valuation de la r´eforme de la PAC . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.1.3 R´esultats attendus du mod`ele AROPAj . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2 L’accord de Luxembourg dans le mod`ele AROPAj . . . . . . . . . . . . 31 2.2.1 La PAC apr`es l’accord de Luxembourg . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.2 L’accord de Luxembourg dans le mod`ele . . . . . . . . . . . . . . 33 2.3 R´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.1 Sc´enarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.2 Impact sur les marges brutes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.3.3 Changement d’usage des terres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3.4 Productions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.3.5 Une approche d´etaill´ee `a l’´echelle des r´egions . . . . . . . . . . . 43 2.3.6 Impact sur les ´emissions de GES . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 ix 3 Impacts du d´ecouplage sur le prix de la terre 57 3.1 Prix de la terre, march´e de la terre, droits et soutien agricole . . . . . . 58 3.1.1 Soutien agricole et prix de la terre . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.1.2 March´e de la terre et droits `a paiement . . . . . . . . . . . . . . 61 3.2 Contribution d’un mod`ele `a l’´echelle europ´eenne (AROPAj) . . . . . . . 64 3.2.1 Le prix fictif de la terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.2.2 Contribution du facteur terre `a la marge `a l’´echelle des E´tats Membres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.2.3 Modifications r´egionales du prix fictif de la terre . . . . . . . . . 68 II L’agriculture, un secteur impliqu´e dans le changement clima- tique avec des sp´ecificit´es propres. 77 4 Un secteur ´economique `a la fois source et puits de GES 79 4.1 Contribution du secteur agricole aux ´emissions de gaz `a effet de serre . . 80 4.1.1 Un secteur responsable d’une part importante des ´emissions . . . 80 4.1.2 Nature des ´emissions d’origine agricole . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.1.3 Le puits agricole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.2 Les ph´enom`enes autres que les ´emissions de GES . . . . . . . . . . . . . 84 4.2.1 Le rˆole de l’alb´edo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.2.2 Climat et cycle du carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.3 Possibilit´es d’abattement dans le secteur agricole . . . . . . . . . . . . . 86 4.3.1 E´valuer les couˆts d’abattement du secteur agricole . . . . . . . . 86 4.3.2 De la th´eorie `a la pratique : les projets domestiques . . . . . . . 87 5 La mesure de l’´equivalence des diff´erents gaz `a effet de serre 91 5.1 Pouvoir de R´echauffement Global : une perspective ´economique . . . . . 93 5.1.1 Comparaison du PRG et d’un indice ´economique d’´equivalence . 94 5.1.2 Remise en cause du PRG dans une perspective ´economique . . . 95 5.2 Cadre d’analyse : Un probl`eme de contrˆole optimal `a plusieurs gaz . . . 97 5.2.1 Formulation du probl`eme g´en´eral . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.2.2 Lin´earisation et ´etat stationnaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.2.3 Dynamique du rapport des prix fictifs . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.2.4 Taxe sur les ´emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.3 Cas d’un dommage lin´eaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.4 Dommage lin´eaire, facteurs d’´emissions constants et surplus quadratique 106 5.5 Dommage quadratique, facteurs d’´emissions constants et surplus qua- dratique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.5.1 Solution de premier rang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.5.2 Taxe bas´ee sur une r`egle d’´equivalence constante . . . . . . . . . 111 5.5.3 Illustration pour deux gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Annexe A : Notations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Annexe B : D´emonstrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6 De l’effet de la valeur des PRG sur les couˆts d’abattement du secteur agricole europ´een. 119 6.1 M´ethode utilis´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.1.1 Calcul des ´emissions dans le mod`ele AROPAj . . . . . . . . . . . 120 6.1.2 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 x