22-23 janvier 2004MICCES 1 Economie publique du changement climatique UMR Economie Publique INRA-INAPG Modèle Intégré pour les Régulations Agri-Environnementales.

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1 22-23 janvier 2004MICCES 1 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 eldebove@grignon.inra.fr Stéphane De Cara stdecara@grignon.inra.fr stdecara@grignon.inra.fr Caroline Godard cagodard@grignon.inra.fr cagodard@grignon.inra.fr Pierre-Alain Jayet jayet@grignon.inra.fr jayet@grignon.inra.fr Binta Niang binniang@grignon.inra.fr

2 22-23 janvier 2004MICCES 2 Outline of the presentation L’équipe Les objectifs Les appuis Outils, méthodes et résultats perspectives

3 22-23 janvier 2004MICCES 3 L’équipe DR2 + CR2 (2001) + IR2 (2003) Thèses – 1 cofinancée ADEME - INRA (ESR) : agronomie (2002) – 1 IGREF formation par la recherche (soutien INRA, 2003) CDD (GICC) CDD ? Projets 6e PCRD – INSEA (STREP coord. IIASA): 01/01/2004 – GENEDEC (STREP coord. UMR): sélectionné … – SEAMLESS (PI) Agro-Eco ???

4 22-23 janvier 2004MICCES 4 Objectifs Dans une perpective d’économie publique – Evaluer les impacts du changement climatique – En intégrant les politiques de régulation environnementale – Et l’adaptation des systèmes au changement climatique 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 – De la Politique Agricole Commune – Du progrès technique et des changements physiques (T, CO2)

5 22-23 janvier 2004MICCES 5 Les appuis Institutionnels par financement sur appel d’offre – MATE GICC (1999, 2001, 2002) – MIES, DP – 6e PCRD (2004) INRA et autres établissements de R&D – 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

6 22-23 janvier 2004MICCES 6 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 – GENEDEC (à venir) – STICS ? Un forum organisé autour des projets financés et susceptibles d’être audités (UE, GICC, DP, …) – Une commande générique UNIX Gestion des “cahiers du jour” Mementos Menus d’accès à l’utilisation du modèle

7 22-23 janvier 2004MICCES 7 Outils, méthodes et résultats (suite) MIRAjE Extranet INRA Versailles-Grignon Protection IP

8 22-23 janvier 2004MICCES 8 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 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 Outils, méthodes et résultats (suite)

9 22-23 janvier 2004MICCES 9 Principes du modèle – Micro-économique multi-producteur Rationnalité individuelle Offre (prix exogènes) – 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 : Agrégation successive des producteurs types (région, Etat membre, UE) “jeu” entre producteur et contribuable Outils, méthodes et résultats (suite)

10 22-23 janvier 2004MICCES 10 Ferme type: k Eléments: A k, b k, p k Paramètres:  k,  Activités: x, z,, ,  programme du producteur : max  k (x, z ;  k,  ) = p k (  k,  )  x x,z / st A k (  k,  ) x - b k (  k,  ) z ≤ 0 ( ) z = N k (  ) x ≥ 0 (  ) Modèle générique pour la ferme type k Outils, méthodes et résultats (suite)

11 22-23 janvier 2004MICCES 11 External aggregation < Sveg Pveg On-f Breed LiveSt CAPact n Agron Vegetal use Breeding Cattle Demogr. CAP 0 1N = -S Farm type < Sveg Pveg On-f Breed LiveSt CAPact n Agron Vegetal use Breeding Demog CAP 0 1N = -S FT 1 < Sveg Pveg On-f Breed LiveSt CAPact n Agron Vegetal use Breeding Demog CAP 0 1N = -S FT 2 < Sveg Pveg On-f Breed LiveSt CAPact n Agron Vegetal use Breeding Demog CAP 0 1N = -S FT 3 < Sveg Pveg On-f Breed LiveSt CAPact n Agron Vegetal use Breeding CAP 0 1N = -S FT k Maquette Outils, méthodes et résultats (suite)

12 22-23 janvier 2004MICCES 12 Animal « block » - cattle demographic balance - capital adjustment - feeding Crop « block » - yields -fertilizers (N org. & min.) - use (market / on-farm) Manure - CH4 - organic N GHG - CH4 - N2O - NO, O3 ? + C C sequestration - soils (change in practice, land use) - upper biomass (trees) Yields functions Climate change adaptation Cohérence entre les modules Outils, méthodes et résultats (suite)

13 22-23 janvier 2004MICCES 13 Elaboration du modèle à partir de la maquette – Typologie Critère géographique (région RICA, alt.) Critère technico-économique (OTE RICA) – Estimation des paramètres Économétrie simple Dires d’expert – Calibrage Combinaison gradient, MonteCarlo Outils, méthodes et résultats (suite)

14 22-23 janvier 2004MICCES 14 Data (FADN) - Yields - Area - Variable costs - Producing activities - Size of farms - Altitude - … Other sources - Emissions coefficients - Soils characteristics - Fertilizer uses and prices - … Typology 15 countries, 101 regions 734 farm-types Model inputs - Prices - Technical parameters - CAP-related parameters Calibration 734 models Maximize gross margin Subject to : - Technical constraints - Policy constraints Model output - Optimal area - Livestock numbers - Animal feeding - Net emissions Estimation Outils, méthodes et résultats (suite) Version UE-15

15 22-23 janvier 2004MICCES 15 Pays Région Culture Sources Carte européenne des sols (1/10 ) 6 Base de données du projet MARS (JRC) RICA : AROPAj étape de calibrage  Apports organiques  Irrigation Sources FAO Eurostat Experts  Cultivars  type d’engrais azoté  Fractionnement  Autres pratiques culturales pour STICS Base de données sol climat Prix des engrais Artix Architecture Client-Serveur SERVEUR Oracle, MySql, PostGres, ….. Client Java Réseau Ferme Type

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19 22-23 janvier 2004MICCES 19 Méthode Couplage des modèles AROPAj et STICS (1) Cultivar 3 sol 5 Précédant cultural 2 Base de données AROPAJAROPAJ STICSSTICS ENTREES FORCEES Climat Type d’engrais et calendrier Irrigation Apports azotés organiques (quantité évaluée, caractéristiques) TOUTES LES ENTREES (variété, sol, précédent) NECESSAIRES FIXEES Echelle : 1 culture, 1 ferme type Données pseudo- experimentales : 30 jeux 1 30 R = rendement N = Azote + + + + + + + X X X X X X X … … … … … … Courbe ajustée répondant le mieux aux critères économiques R X X X X X X N 24 R0R0 N0N0 Sélection du jeu d’entrées (engrais + déjections) R = B – (B-A) e - t N ENTREES A DETERMINER

20 22-23 janvier 2004MICCES 20 doses d’engrais variables OU épandages d’effluents variables Méthode Couplage des modèles AROPAj et STICS (2) B D AROPAJ STICSSTICS ENTREES FIXEES ENTREES AZOTEES Echelle : 1 culture, 1 ferme type D = quantité de déjection R * * * * * * D * Equivalentes en rendement (toutes conditions égales par ailleurs) Sol1 Climat1 Cultivar1 irrigation1 Type d’engrais et calendrier 1111 Précédant cultural1 R = B – (B-A) e - t N R = b – (b-a) e - T N OU N = unités d’azote engrais R X X X X X X N X Courbe unique R = B – (B-A) e - t N

21 22-23 janvier 2004MICCES 21 ? Déformation du rendement fonction de réponse à l’engrais minéral azoté r(x; CO2, T, …) ? Impact « biophysique » du changement climatique et implication économique Outils, méthodes et résultats (suite) Quelles associations climat – sol – culture ? Cultures nouvelles pour une région Potentiel agronomique fonction du sol, du climat Variété ? Coût ? Rendement ? Risque évènement extrême (proba?) Déformation par le climat

22 22-23 janvier 2004MICCES 22 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 – “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) – Tenir compte de l’hétérogénéité des coûts d’abattement Où se produirait et qui produirait la réduction des émissions pour un niveau donné d’incitation Outils, méthodes et résultats (suite)

23 22-23 janvier 2004MICCES 23 Emission accounting within the economic model – Several options are available: 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 Outils, méthodes et résultats (suite)

24 22-23 janvier 2004MICCES 24 AreaAnimal Feeding Animal numbers N2O agricultural soils (synthetic fertilizers) X (N use) N2O agricultural soils (crop residues and N-fixing crops) X (N use) 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 (X) Relations entre émissions et activités : IPCC Outils, méthodes et résultats (suite)

25 22-23 janvier 2004MICCES 25 CO2 (MtCO2) CH4 (MtCO2) N2O (MtCO2) Total (MtCO2) Enteric fermentation-131.4- Manure management-33.129.162.2 Rice cultivation-2.3- Agricultural soils2.01.3189.7193.1 Total Agriculture2.0168.3219.2389.5 Total EU (excl. LULUCF)3324.8341.8338.14004.7 LULUCF (agri. and forestry)-180.72.65.9-172.2 Source : IPCC 2003, 2000 data GHG emissions from agriculture in the EU – Le point de départ Outils, méthodes et résultats (suite)

26 22-23 janvier 2004MICCES 26 Estimating abatement costs – Pricing the externality’ to estimate abatement costs (primal approach): 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 – Alternative approach (dual): A emission quota q is introduced q<E 0 Modification of the feasible set. The shadow price (emission constraint) = MAC q in [E min ;E 0 ] => individual MAC curves Outils, méthodes et résultats (suite)

27 22-23 janvier 2004MICCES 27 No authorization of afforestation of set aside land Source : De Cara et Jayet (2000) Eur. Rev. of Ag. Econ. Increasing ratio LU/ha Coûts marginaux de réduction en France Outils, méthodes et résultats (suite)

28 22-23 janvier 2004MICCES 28 Authorization of afforestation of set aside land Source : De Cara et Jayet (2000) Eur. Rev. of Ag. Econ. Increasing ratio LU/ha Coûts marginaux de réduction en France Outils, méthodes et résultats (suite)

29 22-23 janvier 2004MICCES 29 Offre de réduction pour l’UE (CH4 et N2O) Outils, méthodes et résultats (suite)

30 22-23 janvier 2004MICCES 30 Relative regional abatement rate for t = 34€/tCO2 when total abatement is 8% Distribution régionale de l’abattement Outils, méthodes et résultats (suite)

31 22-23 janvier 2004MICCES 31 Perspectives et conclusion Au carrefour – Entre économie et biophysique – Des politiques agricoles et environnementales Développer un modèle de référence – Pour les décideurs publics ou privés européens ou nationaux Traitant des relations agriculture - environnement – 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 – D’évaluation des incitations au changement d’utilisation du sol – Et au changement des pratiques agricoles