Université de PARIS I / Panthéon-Sorbonne

Sciences économiques

Sciences humaines - Sciences juridiques et politiques

Analyse économique
de l’effet de serre

Thèse pour le Doctorat en Economie
(arrêté du 30 mars 1992)

présentée et soutenue par Sébastien Rouillon

Directeur de recherche : Professeur Duc Loï Phan

Jury :

L’Université de PARIS I / Panthéon-Sorbonne n’entend donner aucune approbation ni

improbation aux opinions émises dans les thèses ; ces opinions doivent être considérées

comme propres à leurs auteurs.

Je remercie le Professeur Duc Loï Phan pour ses conseils avisés, ses encouragements et

son soutien constant au cours de la préparation et de la rédaction de cette thèse. Je remercie

également le Professeur Nguyen Manh Hung et le Professeur Antoine d’Autume pour leurs

commentaires. Mes remerciements vont aussi aux membres du LAMIA et du MAD, plus

particulièrement à Olivier Marchand et Emmanuelle Taugourdeau.

Je remercie toutes les personnes qui m’ont aidé, directement ou indirectement, à achever ce

travail.

Toute ma reconnaissance à Magalie et Hugo, pour leur patience et leur soutien affectif !

Introduction générale

Les limites de la croissance économique liées à l’environnement suscitent depuis bien

longtemps des inquiétudes, sans pour autant avoir toujours été une préoccupation de premier

plan ; cela est peut-être en train de changer. Au cours des trois dernières décennies, grâce

notamment à la conquête spatiale, qui permet d’ausculter notre planète en temps réel

(observation par satellites de l’atmosphère, du rythme de déforestation...), les preuves

scientifiques s’accumulent et ne cessent de confirmer les tensions écologiques naissantes. Les

informations rassemblées mettent à jour, tour à tour, des pollutions d’un genre nouveau : les

pluies acides, la raréfaction de l’ozone troposphérique 1, la disparition d’espèces animales et

végétales, les déchets nucléaires, l’accroissement de l’effet de serre... Ainsi, de locales, les

pollutions deviennent globales et la preuve est faite que l’activité humaine provoque des

problèmes écologiques majeurs, susceptibles de modifier durablement la biosphère 2.

Les craintes écologiques diffuses du passé ont donc mué en une prise de conscience générale

de plus en plus nette, à laquelle les décideurs politiques, les agents économiques et la

communauté scientifique sont parties prenantes. La Conférence de Stockholm sur

l’environnement et le développement, qui s’est tenue en 1972, marque le début d’un

mouvement tendanciel qui ne faiblit pas, symptomatique des préoccupations des dirigeants.

De très nombreuses rencontres internationales, générales ou sectorielles (couche d’ozone,

réserves halieutiques, biodiversité, pluies acides, pollutions atmosphériques, effet de serre)

ont ainsi été organisées ; des progrès ont été réalisés, dont le plus éclatant est le Protocole de

Montréal sur la couche d’ozone. Bien entendu, cette densification des négociations

internationales sur l’environnement répond, avant tout, aux attentes du public. Ce n’est

d’ailleurs pas un hasard si elle coïncide avec la montée en puissance des mouvements

écologiques, très nette à partir des années 70. Plus anecdoctique, mais tout de même un signe

1 - Troposphère : Couche atmosphérique la plus voisine de la Terre, dont l’épaisseur augmente du pôle (5 km) à

l’équateur (18 km).
2 - Biosphère : Réunion de tous les écosystèmes. S’entend au sens large (non limité à la matière vivante) et

global (l’échelle de la planète) (Faucheux & Noël, 1995).

Introduction générale

des temps, l’imaginaire collectif s’imprègne peu à peu de ces risques écologiques : le cinéma

hollywoodien ne s’y est certainement pas trompé en s’emparant de ces craintes pour offrir aux

spectateurs des films-catastrophes à succès 3. Enfin, la communauté scientifique n’est pas à

l’écart de ces tendances sociologiques générales. Pour preuve, on pourrait mettre en avant la

prolifération des publications sur ces sujets ou la création de revues spécialisées.

Le sujet de cette thèse s’insère dans cette vague de fond. En amont, c’est avant tout

l’actualité de ce débat et l’effort scientifique mondial impulsé par la Convention-cadre sur les

changements climatiques (15 mai 1992) qui nous l’a inspiré. Ensuite, c’est la très grande

diversité des thèmes connexes qui rend cette réflexion passionnante : externalité, pollutions

cumulatives, épuisement des ressources fossiles, développement soutenable, catastrophes

écologiques et irréversibilité, incertitude, négociations internationales...

* *
*

L’économie de l’environnement, telle que l’a orientée Pigou (1920), décline à l’infini le

concept d’externalité. Selon Pigou, une externalité se rencontre chaque fois qu’un agent

économique modifie le bien-être d’un autre agent économique, sans que cette

interdépendance soit compensée par le jeu d’un échange. Plus précisément, pour le cas qui

nous intéresse, le premier, appelé le pollueur, réduit le bien-être du second, appelé le pollué,

en rejettant dans l’environnement un polluant. Pour Pigou et les économistes qui ont

poursuivi son raisonnement, cette situation n’est pas souhaitable car elle produit une

divergence entre le coût privé et le coût social de l’activité du pollueur. Les recommandations

de Pigou, en pareil cas, sont bien connues : l’écart entre les coûts privés et sociaux de la

pollution doit être comblé ; on parle alors d’internalisation des coûts externes. Pigou choisit la

solution d’une taxe frappant le pollueur, égale à la différence entre les coûts marginaux

sociaux et privés, appelée aujourd’hui taxe Pigovienne.

3 - Dans le film ‘‘Highlander II’’, le monde survit sous un bouclier protecteur construit pour remplacer l’écran

naturel de la couche d’ozone. Dans ‘‘WaterWorld’’, l’humanité disparaît après l’élévation du niveau des océans.

2

Introduction générale

Coase (1960) propose une interprétation adverse. Il prouve que, en l’absence de coûts de

transaction et de comportements stratégiques, les externalités de pollution se règlent d’elles-

mêmes, grâce à une négociation bilatérale entre le pollueur et le pollué. Ce marchandage peut

avoir deux issues. Le pollueur peut convaincre le pollué de recevoir une indemnité pour

acquérir le droit de polluer. Le pollué peut proposer au pollueur de verser une somme

négociée pour qu’il cesse de polluer. En poussant le raisonnement plus loin, l’argument

Coasien conduit à nier l’existence des externalités : si une pollution existe, c’est que les coûts

de transaction excèdent les gains de la non-pollution ; sinon, les diverses parties impliquées

auraient trouvé un arrangement.

De fait, la plupart des pollutions peuvent être classées dans la catégorie des externalités

publiques 4, si bien que les négociations pollueurs-pollués échouent nécessairement, en raison

du nombre élevé des parties concernées : les coûts de transaction sont importants ; la

multitude génère des comportements stratégiques, comparables à ceux qui apparaissent dans

le financement des projets publics. Faut-il en conclure, comme le suggère Coase, que rien ne

doit être tenté pour combattre la pollution ? Cette question est sans réponse dans le cas

général puisque, comme l’indiquent Pearce & Turner (1990), la démonstration de Coase est

irréfutable. Toutefois, en ce qui concerne l’effet de serre, elle est irrecevable puisque les

pollueurs, la génération présente, ne rencontreront jamais les pollués, les générations futures :

il ne saurait donc être question de négocier !

Outre cet argument, d’autres raisons peuvent justifier une intervention publique pour lutter

contre la pollution. Certains économistes expliquent les externalités par l’absence de normes

sociales clairement définies : non-appropriabilité (Bator, 1958) ; marché manquant (Mäler,

1990) ; absence ou mauvaise définition des droits de propriétés (Dales, 1968). Ces carences

institutionnelles freinent ou empêchent les négociations volontaires entre pollueurs et pollués

(d’ailleurs, les différends se règlent souvent par tribunaux interposés). Le rôle institutionnel

des pouvoirs publics légitime alors son action. Ainsi, Dales suggère de résoudre certaines

externalités par une redéfinition autoritaire des droits de propriété. Il est l’instigateur de la

4 - Une externalité publique est une externalité telle que l’arrivée d’une nouvelle victime laisse inchangée la

perte de bien-être ressentie par les autres victimes.

3

Introduction générale

notion de droits de polluer négociables et de la création d’un marché pour les échanger,

comparable au marché boursier. Dales suggère ici un moyen concurrent d’internalisation des

coûts externes d’une pollution.

Le renforcement de l’effet de serre s’analyse comme une externalité :

1. publique, car les changements climatiques lèsent tout le monde indifféremment ;

2. dynamique (Pearce, 1976), parce que les dommages climatiques dépendent de

l’accumulation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère et parce que leur durée de vie

atmosphérique est longue ;

3. transfrontière globale, car chaque pays est à la fois source et victime de la pollution

(Mäler, 1990).

Plourde (1972) et Forster (1973) imaginent un cadre de réflexion approprié pour

analyser une pollution cumulative. Forster construit un modèle économique reliant les flux de

consommation à l’accumulation progressive d’un polluant quelconque. L’objectif social se

définit alors comme la recherche du sentier de consommation maximisant le bien-être

intertemporel du consommateur, sachant que son utilité dépend, bien évidemment, de sa

consommation mais, aussi, de la pollution. La résolution de ce programme d’optimisation

intertemporel utilise la théorie du contrôle optimal (Pontriagine & alli, 1961).

Le modèle de pollution cumulative s’interprète facilement à l’aide des concepts traditionnels

de l’économie de l’environnement. Pourtant, la notion de coût social de la pollution,

introduite par Pigou, s’identifie mal dans le cas d’une externalité dynamique, puisque les

conséquences de la pollution perdurent. En fait, le modèle de pollution cumulative la redéfinit

comme le coût marginal intertemporel de l’accumulation du polluant, i.e. comme la somme

actualisée des flux de dommages marginaux futurs 5. Partant de là, le concept d’externalité

s’applique facilement aux pollutions cumulatives : en l’absence d’intervention publique, le

producteur pollue jusqu’au point où la productivité marginale de l’émission est nulle ; ce coût

5 - Ce coût marginal intertemporel peut être vu comme une application de la règle d’aggrégation de Samuelson,

en considérant que le consommateur est un individu différent à chaque instant, auquel on attribue un coefficient

de pondération reflétant le mécanisme d’actualisation.

4

Introduction générale

marginal privé est inférieur au coût social intertemporel ; il y a donc bien divergence entre le

coût social et le coût privé de l’activité polluante.

L’arbitrage intertemporel décrit par le modèle de pollution cumulative n’est pas différent de

celui du modèle de Ramsey (1928). Dans ce dernier, l’utilité de la dernière unité de

consommation est mise en balance avec l’utilité intertemporelle de la dernière unité

d’épargne. L’idée sous-jacente est que, au-delà d’une certaine limite, la consommation

présente n’est plus bénéfique, car le rendement futur de l’investissement lui est supérieur.

Arrow (1995) compare la lutte contre l’effet de serre (et, par extension, contre toute pollution

cumulative) à un investissement public ; elle produit un coût économique présent accepté en

vue de bénéfices, en terme de dommages climatiques évités, qui ne se réaliseront que dans un

avenir lointain. Techniquement, l’arbitrage intertemporel correspondant consiste à comparer

l’utilité de la dernière unité de consommation au coût intertemporel de la dernière unité de

gaz à effet de serre, qui définit le prix implicite de la pollution. Le comportement optimal

consiste à émettre le polluant jusqu’à ce que son utilité marginale égale cette valeur.

Une littérature relativement abondante a aménagé le modèle de pollution cumulative dans de

nombreuses directions spécifiquement pour décrire l’effet de serre. Les améliorations

apportées concernent (cette liste n’est pas exhaustive) :

1. le mécanisme de recyclage naturel du stock de pollution : strictement persistant dans Hoël

(1991b) ; recyclage constant dans Mäler (1991) ; taux de recyclage constant dans Cesar

(1994), Falk & Mendelsohn (1993), Gottinger (1991), Tahvonen(1994) et Ulph & Ulph

(1994) ; recyclage logistique dans Cesar (1994) ; fonction de recyclage complexe, faisant

apparaître des équilibres multiples, dans Barbier & Markandya (1990).

2. la prise en compte de l’interaction entre l’épuisement des ressources fossiles, principales

sources d’émission de gaz à effet de serre, et les changements climatiques : Sinclair

(1994), Farzin & Tahvonen (1996) et Ulph & Ulph (1994) ;

3. la prise en compte des menaces de catastrophes et des incertitudes scientifiques : Clark &

Reed (1994), Gottinger (1991), Pethig (1991b) et Roe & alli (1994).

5

Introduction générale

A côté de cette réflexion théorique, une littérature économique encore plus fournie est

consacrée à la quantification des coûts et/ou des avantages de la réduction des émissions de

gaz à effet de serre. La première tentative est déjà ancienne et revient à Nordhaus (1977).

L’auteur suppose que l’accumulation du carbone atmosphérique ne doit pas dépasser, à long

terme, une valeur ‘‘raisonnable’’ 6. Sur la base d’une spécification linéaire des fonctions du

modèle, il calcule l’incitation fiscale nécessaire au respect de la contrainte, i.e. la taxe sur le

contenu en carbone, et le coût économique de la mesure. Les études ultérieures sont beaucoup

plus sophistiquées et réalistes. Parmi celles-ci, deux problématiques différentes doivent être

distinguées.

Les modèles d’équilibre général appliqué de Barns & alli (1993), Manne (1993), Oliveira-

Martins & alli (1993), Rutherford (1993) et Whalley & Wigle (1991) (cette énumération n’est

pas complète) déterminent le coût brut de la réduction des émissions de dioxyde de carbone,

indépendamment des avantages liés au ralentissement du réchauffement global. Ils sont

calibrés sur une trajectoire de référence exogène. Ils prévoient les modifications de l’équilibre

général, par rapport à ce référent, lorsqu’un quota d’émission exogène vient contraindre

l’activité économique. De même que Nordhaus (1977), ils calculent la taxe sur le carbone

requise pour respecter le quota et le coût économique de la norme environnementale. Les

ajustements décrits résultent de la rationalité des agents économiques, dans une économie de

concurrence pure et parfaite. Les spécifications retenues pour la production et l’utilité sont

non linéaires. Le cumul de l’évolution démographique, du progrès technologique, de

l’épuisement des ressources fossiles et de l’accumulation du capital fonde la dynamique de

ces modèles.

Les modèles de planification de Falk & Mendelsohn (1993), Manne & alli (1995), Nordhaus

(1992b) et (1993), Peck & Teisberg (1992) et Tahvonen (1994) intègrent, en plus, les

avantages de la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Outre l’analyse de scénarios,

ils offrent donc la possibilité de trouver la trajectoire optimale de la taxe sur les émissions de

carbone, selon une démarche rigoureusement identique à celle du modèle théorique de

6 - Arbitrairement, Nordhaus (1977) situe cette norme au doublement de la concentration de carbone

atmosphérique.

6

Introduction générale

pollution cumulative. La décentralisation de cette politique internalise l’externalité climatique

en confrontant les agents économiques au coût véritable de leurs activités. La contrepartie de

cette capacité à déterminer la politique optimale du climat est une représentation

singulièrement plus dépouillée du système économique et un niveau d’agrégation plus grand.

Arrow (1995) apparente la lutte contre l’effet de serre à un investissement public de

long terme. Ce faisant, la politique du climat s’envisage aussi sous l’angle des transferts

intergénérationnels qu’elle produit et, par voie de conséquence, remet à l’ordre du jour les

problèmes récurrents du bien-fondé du principe d’actualisation, de l’équité

intergénérationnelle et du développement soutenable. Les prises de position contre le

mécanisme d’actualisation sont nombreuses (Partridge, 1981 ; Ramsey, 1928 ; Rawls, 1971 ;

Solow, 1974). L’argument des philosophes contre l’actualisation s’énonce schématiquement

de la façon suivante : la localisation dans le temps, de même que dans l’espace, ne peut pas

constituer, d’un point de vue éthique, un motif de différenciation entre deux individus.

En réponse à ce débat, certains économistes ont recherché des fonctions de bien-être social

moralement plus acceptables, selon une optique que l’on peut qualifier de contractuelle.

Freeman (1977) et Page (1977) explorent la possibilité de remplacer le critère ‘‘utilitariste’’

avec actualisation par un mécanisme de vote intergénérationnel. Par opposition à

l’actualisation, ce critère de décision investit toutes les générations d’un même pouvoir

d’expression et de décision : une voix chacune. Ces tentatives échouent dans la mesure où

elles ne dégagent pas une règle de choix immuable, applicable en toutes circonstances. Solow

(1974) utilise le critère Maxi-Min, inspiré de Rawls (1971), dans un modèle de croissance. Ce

programme économique revient, en fait, à garantir un flux de consommation constant le plus

grand possible. Solow détermine les conditions de sa faisabilité. L’inconvénient du critère

Maxi-Min est qu’il perpétue la pauvreté, si la dotation en capital est faible, mais qu’il

n’explique pas la constitution d’un stock initial suffisant pour soutenir un niveau de vie

décent à toutes les générations.

La faillite relative des propositions alternatives précédentes expliquent que le critère de

décision le plus appliqué reste la maximisation de la somme des flux d’utilité actualisés (nous

7

Introduction générale

l’adopterons également). Le facteur d’actualisation dépend du taux de préférence pure pour le

présent et des perspectives de croissance économique (Arrow, 1995 ; Nordhaus, 1992b).

Rejetant l’argument du coût d’opportunité des investissements publics, les économistes

choisissent un taux d’actualisation compris entre 3 et 5 pour-cent, inférieur au taux de profit

de l’investissement privé.

Le concept de développement soutenable est apparu dans les années 80 et étend le débat sur

l’équité intergénérationnelle. Parmi la multitude de définitions de ce concept (Pezzey (1989)

en dénombre 20), Heyes & Liston-Heyes (1995) retiennent les plus représentatives. Le

développement soutenable implique :

• la satisfaction des « besoins du présent sans compromettre la faculté des générations

futures à satisfaire les leurs » (WCED, 1987) ;

• la préservation stricte du patrimoine naturel (Daly, 1990 ; Barbier & Markandya, 1990) ;

• l’entretien de la capacité productive de l’environnement (Pearce & alli, 1989) ;

• la non-décroissance de l’utilité d’un membre représentatif de la société (Pezzey, 1992).

La littérature sur le développement soutenable rompt avec la réflexion normative des années

70. La volonté de suivre un développement harmonieux s’exprime désormais directement

sous la forme d’une norme environnementale contraignante. La première définition est la plus

populaire. De fait, elle est suffisamment évasive pour englober les trois autres. Les trois

définitions suivantes reflètent différentes opinions concernant la place du patrimoine naturel

dans l’activité économique. Pour Daly, le capital naturel et le capital produit, ainsi que les

différentes composantes de l’environnement, sont essentiellement complémentaires. De ce

fait, toute destruction nette d’une composante quelconque de ce dernier réduit le bien-être

futur et doit être empêchée. Pour l’école de Londres (Pearce & alli), le patrimoine naturel et

le capital produit, ainsi que les différentes composantes du capital naturel, sont substituables

jusqu’à un certain point. Par contre, l’effondrement potentiel de la capacité d’adaptation de la

biosphère, susceptible de survenir en dessous de certains seuils de qualité de l’environnement,

justifie, selon eux, d’imposer des normes minimales de sauvegarde (Ciriacy-Wantrup, 1952).

La quatrième définition offre la possibilité de compenser les destructions du patrimoine

naturel par un investissement accru en capital produit.

8

Introduction générale

Tous ces thèmes de réflexion découlent de la nature dynamique de l’externalité

climatique, elle-même liée à la lenteur de l’élimination des gaz à effet de serre

atmosphériques. Le regard ainsi porté ne suffit pas et néglige l’autre aspect essentiel du

problème, qui est que l’externalité climatique concerne tous les pays du monde sans

distinction, tant du point de vue des responsabilités que de celui du partage des conséquences.

Le renforcement de l’effet de serre doit donc être rangé dans la catégorie des pollutions

transfrontières globales (Mäler, 1990). Dans ce contexte, aucune raison n’autorise à croire

que les pays, vu comme des entités de décision souveraines exploitant légitimement

l’atmosphère, bien traditionnellement gratuit, accepteront de lutter contre l’effet de serre dans

le sens de l’intérêt commun. Il s’ensuit que l’accroissement de l’effet doit être analysé sous la

forme d’un jeu dynamique global.

Cette approche a été développée dans la littérature par Cesar (1994), Gottinger (1991), Hoël

(1991b), Mäler (1991) et van der Ploeg & de Zeeuw (1992). Elle conduit à définir différentes

stratégies d’action et à les comparer entre elles. La stratégie non coopérative consiste à

ignorer les effets transfrontières de la pollution. S’ils adoptent ce type de comportement, les

pays cessent d’émettre le polluant quand la productivité de la dernière unité émise est

compensée par les dommages domestiques futurs. La stratégie coopérative suppose, pour sa

part, que les pays acceptent de coordonner leurs actions, en vue de maximiser le bien-être

global. Dans ce cas, ils internalisent les dommages mondiaux de l’effet de serre, c’est-à-dire

aussi bien ceux qu’ils ressentiront sur leur territoire que ceux qui apparaîtront à l’étranger.

Cesar et van der Ploeg & de Zeeuw montrent que le comportement non coopératif conduit à

polluer de façon excessive. Ils prouvent également que l’excès de pollution par rapport à la

stratégie coopérative augmente si les pays ont la possibilité d’observer instantanément et sans

coût l’évolution du degré de pollution de l’environnement.

* *

*

9

Introduction générale

Dans cette thèse, notre réflexion repose entièrement sur l’hypothèse selon laquelle toute

mesure de lutte contre l’effet de serre devrait être jugée à l’aune d’une analyse coût-bénéfice.

Plus précisément, nous considérons que la politique du climat doit maximiser la différence

entre les dommages climatiques évités et le coût des politiques à l’origine de ce bienfait. Bien

évidemment, il s’agit là d’un parti pris qui, par définition, déplaira à certains. Néanmoins, il

se défend très bien d’un point de vue économique. D’ailleurs, sans ce critère, il

deviendrait

10

Introduction générale

difficile, sauf cas particuliers, de justifier une mesure de dépollution de l’environnement

plutôt qu’une autre.

Pour décrire qualitativement ce mécanisme de décision, nous construirons un modèle

économique formalisant les relations entre l’économie et le climat.

Formalisation des relations entre l’économie, l’atmosphère, la biosphère et le climat

Economie
Production / Consommation

Climat

Atmosphère
Réceptacle des

gaz à effet de serre

Emissions

Changements
climatologiques

Biosphère
Composante implicite

Cycles biogéochimiques

des gaz à effet de serre

Externalité

L’interaction entre l’économie et le climat articule quatre composantes liées, les unes aux

autres, par des relations fonctionnelles. L’économie, au travers des activités de production et

de consommation, est reliée à l’environnement par les émissions de gaz à effet de serre et par

les nuisances climatiques qu’elle subit en retour.

Les autres éléments du modèle décrivent la chaine intermédiaire entre les émissions

anthropogéniques de gaz à effet de serre et l’externalité climatique. Au commencement,

l’atmosphère reçoit les gaz à effet de serre. Ensuite, la biosphère, addition de la végétation et

des océans, élimine une partie des gaz accumulés dans l’atmosphère. Ce mécanisme fait que

la pollution n’est pas définitive, mais cette réversibilité est très longue à l’échelle humaine.

Pour finir, le climat dépend de la composition de l’atmosphère et d’interactions complexes

10

Introduction générale

avec la biosphère. Ces composantes et les relations fonctionnelles qui les unissent seront

décrites dans un chapitre préliminaire.

Tandis que les relations précédentes sont objectives, la description, dans le modèle, du

fonctionnement de l’économie repose sur une axiomatique qui, bien qu’acceptée par la grande

majorité des économistes, doit être énoncée, d’autant plus qu’elle ne sera pas rappelée

ultérieurement.

L’individualisme méthodologique constitue le principe fondateur de notre analyse. En vertu

de celui-ci, le fonctionnement de l’économie découle des actions des agents économiques, qui

sont motivées par des objectifs personnels indépendants et qui sont entreprises en contexte

d’isolement décisionnel. Ce point de départ donne une importance primordiale à la

description du comportement des acteurs économiques. Il implique également que les

bienfaits de la préservation de l’environnement s’apprécient au travers des jugements

individuels uniquement.

L’axiome de rationalité substantielle implique que les décisions des agents économiques

résultent d’un calcul par lequel ils cherchent à améliorer leur situation. Le critère de décision

varie avec la fonction de l’agent économique :

• le producteur maximise son profit ;

• le consommateur maximise son utilité ;

• le gouvernement représente l’intérêt des générations présente et futures de consommateurs.

A chaque instant, il agrège les utilités des consommateurs en une fonction de bien-être

collective. Sur une période de planification donnée, il juge des décisions à prendre, dans

l’objectif de maximiser la somme des flux d’utilité des générations successives.

Les agents économiques élaborent des anticipations rationnelles sur l’avenir, dans un contexte

d’information parfaite. Ces conditions participent à la planification des décisions

économiques et, notamment, à l’arbitrage entre la consommation présente et les dommages

climatiques futurs, fondement de la politique du climat. Pratiquement, elles impliquent qu’il

11

Introduction générale

est possible de prévoir le bien-être futur, donc d’anticiper les préférences, le progrès

technique et les dommages de l’effet de serre (ou leur espérance mathématique).

L’hypothèse de concurrence pure et parfaite est également posée. Elle élimine d’office du

champ de l’analyse les monopoles naturels, la présence d’externalités (en-dehors de l’effet de

serre additionnel) et les biens publics. Ces conséquences sous-tendent l’analyse des modèles

d’équilibre général appliqué du chapitre 2.

Les relations caractéristiques du modèle schématisé plus haut sont l’émission des gaz à

effet de serre et le dommage climatique. De ce fait, une formalisation dépouillée du système

économique suffit pour proposer une description qualitative de la politique du climat.

Notamment, le mécanisme d’accumulation du capital n’intervient que parallèlement à

l’interaction principale entre la production et le climat, sans en altérer la mécanique

intrinsèque, et peut donc être laissé de côté. Ces arguments, combinés au fait que la simplicité

facilite l’étude de cas de figure plus complexes (catastrophes climatiques irréversibles, jeu

différentiel de l’effet de serre, incertitude...), justifient la modélisation que nous retiendrons :

d’une part, le rejet de polluants sera l’unique intrant de la fonction de production et, d’autre

part, l’externalité climatique apparaitra comme argument de la fonction de production.

Notre modèle est donc amplement suffisant pour une caractérisation qualitative de la gestion

du climat. Cependant, il laisse de côté un certain nombre de mécanismes économiques

particulièrement intéressants à étudier. Conscients de cela, nous avons jugé bon, tout au long

de notre thèse, d’élargir la portée de nos discussions en analysant et en exploitant

systématiquement la littérature sur l’évaluation des politiques climatiques.

* *

*

Le modèle que nous venons de décrire brièvement sera exploité dans trois directions

différentes, qui définissent notre apport à la réflexion sur la relation entre le renforcement de

l’effet de serre et l’économie.

12

Introduction générale

En premier lieu, nous avons pensé qu’il était nécessaire d’unifier la littérature économique sur

l’effet de serre, dans l’idée de proposer une analyse économique de l’effet de serre. Ce

dessein est ambitieux et, de toute évidence, nous n’y parviendrons que de façon incomplète,

tant la littérature est vaste et diverse. Malgré cela, nous proposerons un outil de réflexion

cohérent, regroupant les contributions les plus importantes de la littérature sur le sujet. Notre

modèle de pollution cumulative sera le moteur de cette présentation. Enrichi au fur et à

mesure des sujets abordés, il servira à identifier les éléments importants de la politique du

climat et indiquera comment les articuler entre eux.

Cette ‘‘visite guidée’’ de la littérature économique sera complétée par deux réflexions

personnelles.

Tout d’abord, nous avons constaté que la réflexion économique évince presque complètement

la question des catastrophes climatiques irréversibles 7. Ce parti pris est curieux, surtout si on

le met en parallèle avec les inquiétudes de la communauté scientifique, qui situe

potentiellement le principal danger de l’effet de serre dans ces événements. Ce paradoxe

justifie, à notre avis, de consacrer une partie non négligeable de notre thèse à ces questions.

Ensuite, nous prolongeons la littérature économique par une étude des négociations

internationales sur le climat, dans une optique qui se veut à la fois positive et normative. Dans

un premier temps, partant d’un bilan détaillé de la situation, nous isolons les sources de

bloquage des discussions, pour ensuite illustrer l’enjeu des débats menés. Dans un second

temps, nous proposons une lecture plus théorique du sujet, inspirée par la théorie des

coalitions, pour tenter de comprendre la forme actuelle de la Convention-cadre sur les

changements climatiques et les engagements de chacun.

* *

*

7 - Nous avons réuni seulement quatre références sur ce sujet. La vision qui ressort de leur analyse est

incomplète, voire parfois erronée.

13

Introduction générale

La première partie de notre essai définit et caractérise la politique mondiale du climat.

Le chapitre 1 présente le modèle de pollution cumulative. Son exploitation conduit à une

description qualitative de la politique optimale du climat. Les deux chapitres suivants se

conçoivent comme un prolongement empirique du premier chapitre, selon une séquence coût /

avantage / politique optimale.

Le chapitre 2 synthétise les méthodes et les résultats des modèles d’équilibre général appliqué

conçus pour évaluer les coûts de la réduction des émissions de carbone. Nous mettons

l’accent sur l’interprétation des résultats, en nous dotant d’outils d’analyse simples.

Malheureusement (du point de vue de notre problématique), les estimations des modèles

d’équilibre général appliqué se désintéressent de l’aspect bénéfique des mesures de lutte

contre l’effet de serre. Par contre, leurs évaluations, reprises sous la forme d’une fonction de

coût de dépollution exogène, servent dans les modèles de planification étudiés dans le

chapitre 3.

Le chapitre 3 montre les deux étapes du calibrage d’une fonction de dommage climatique :

l’évaluation du coût économique du doublement de la concentration de carbone et le choix

d’une spécification ad hoc. Cette information et les fonctions de coût de dépollution, ajustées

sur les modèles d’équilibre général, sont associées par certains économistes pour construire

des modèles de contrôle optimal appliqué ; elles permettent ensuite d’évaluer la politique

optimale du climat. Nous conclurons la première partie de la thèse en présentant ces résultats

et en commentant les ‘‘prescriptions’’ qui en découlent.

La seconde partie remet partiellement en question l’approche précédente, qui peut être

vue comme représentative de l’opinion moyenne des économistes sur la meilleure réaction

internationale contre l’effet de serre. Nous y étudions dans le détail l’élaboration d’une

politique optimale du climat en face d’une catastrophe climatique irréversible. Dans le

chapitre 4, nous faisons l’hypothèse que la catastrophe est parfaitement anticipée, aussi bien

du point de vue de ses conséquences que de celui des conditions de son apparition. Nous

comparons deux stratégies d’action concurrentes, l’une consistant à refuser la catastrophe en

14

Introduction générale

limitant l’émission du polluant de façon appropriée, l’autre consistant à choisir le moment

optimum pour la subir.

Dans le chapitre 5, nous rejetons l’hypothèse d’une connaissance parfaite des caractéristiques

de la catastrophe. Pour commencer, nous imaginons que l’incidence d’une catastrophe est

incertaine, mais que sa connaissance s’améliore avec le temps. Ce cas de figure nous amène à

définir une stratégie d’action consistant à attendre les éclaircissements scientifiques avant de

décider si l’on doit, ou non, provoquer cet événement. Nous nous interrogeons sur la

rationalité sous-jacente d’un tel comportement. Après cela, nous analysons la situation où

l’échéance de la catastrophe est incertaine.

Nous consacrons la troisième partie de notre thèse à la faisabilité de la politique

mondiale de l’effet de serre. Le chapitre 6 récrit le modèle de pollution cumulative sous la

forme d’un jeu différentiel de l’effet de serre. Contrairement à la première partie de la thèse,

où les pays sont supposés adhérer automatiquement à la politique du climat, cette décision

leur revient désormais de droit. Ceci conduit à définir et à comparer les stratégies non

coopérative de Nash et coopérative. De même que dans la première partie de la thèse, ces

discussions sont prolongées en utilisant les estimations de la littérature économique. Ce

chapitre s’achève par une réflexion théorique sur les chances d’apparition d’un comportement

coopératif.

Le chapitre 7 envisage la question des négociations internationales sur le climat d’une

manière plus positive. Après une description détaillée des engagements souscrits par les

signataires de la Convention-cadre sur les changements climatiques et de ses prolongements

potentiels, nous illustrons l’enjeu des débats actuels, au moyen d’une application numérique

calibrée sur les résultats des chapitres 2, 3 et 6. Divers aménagements de la Convention,

actuellement en pourparlers, sont étudiés : permis de polluer négociables et application

conjointe.

Dans le chapitre 8, nous quittons cette discussion pour nous intéresser à la formation de

coalitions de pays. Cette optique est très caractéristique, à notre avis, de l’équilibre actuel des

15

Introduction générale

négociations, que l’on pourrait qualifier de bipartite. Grâce à un algorithme de résolution

simulé sur informatique, nous dépassons les configurations habituellement étudiées par la

littérature économique, qui considèrent soit une multitude de pays identiques, soit deux à trois

pays différents. Nous identifions le profil type d’un pays signataire d’une coalition auto-

réalisatrice (‘‘self-enforced’’ en anglais), dans l’hypothèse où les gains de l’entente ne sont

pas redistribués entre les participants et où l’entrée dans l’accord est libre. Nous abandonnons

ensuite cette hypothèse au profit d’une redistribution assise sur le ‘‘pouvoir’’ de Shapley des

membres, c’est-à-dire proportionnelle à ce qu’apporte chaque pays membre.

16

L’effet de serre

Chapitre préliminaire

L’effet de serre

L’effet de serre est un phénomène méconnu. Pour preuve, il est souvent amalgamé avec

une autre menace environnementale majeure, la raréfaction de l’ozone troposphérique. Dans

ce climat d’incompréhension, l’attitude commune face aux mises en garde contre les risques

de bouleversements climatiques est soit incrédule, soit ironique, quand ce débat est perçu

comme un avatar des litanies populaires du type : « Ah ! Il n’y a plus de saisons ! » La

présentation scientifique qui va suivre devrait clarifier certaines choses ; mais là n’est pas son

utilité première, comme nous l’exposons ci-dessous.

Une analyse économique de l’effet de serre passe nécessairement par une bonne connaissance

des mécanismes climatiques. En effet, une représentation trop simpliste des ces phénomènes

n’offrirait pas une base de réflexion correcte. D’ailleurs, les modèles économiques récents ne

sauraient être compris sans ce détour. Une des questions importantes concerne, par exemple,

le devenir des molécules de gaz à effet de serre dans l’atmosphère ; d’un point de vue

climatique comme économique, la situation change radicalement entre le cas où ces

molécules sont persistantes et celui où elles sont recyclées par un mécanisme quelconque.

L’objet de ce chapitre préliminaire est donc de nous familiariser avec le corpus théorique de

la climatologie. Dans une première section, nous définirons l’effet de serre, en insistant sur le

caractère naturel de ce phénomène. Nous montrerons ensuite que l’activité économique le

renforce, en provoquant une accumulation notable de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Nous verrons que les prévisions des modèles climatiques tablent sur un réchauffement

planétaire non négligeable pour le siècle à venir, conséquence des émissions

anthropogéniques de gaz à effet de serre. Dans une troisième section, nous concentrerons

notre attention sur les particularités de chaque gaz à effet de serre : Quelles en sont les

sources ? Comment s’accumulent-ils dans l’atmosphère ? A quel rythme en sont-ils éliminés ?

A quantités égales, certains gaz sont-ils plus néfastes pour le climat que d’autres ? Si oui,

16

L’effet de serre

quelles implications pratiques cela a-t-il sur le traitement particulier que l’on doit leur

réserver ? Pour terminer cette présentation, nous examinerons plus dans le détail les

conséquences futures du réchauffement prévu, en distinguant les dommages graduels des

risques de catastrophes majeures.

1 - L’effet de serre naturel

Schématiquement, la température de la Terre dépend de sa capacité à piéger les

rayonnements infrarouges d’origine solaire. Si l’atmosphère était parfaitement transparente

aux flux infrarouges, la Terre réfléchirait la totalité de la chaleur reçue. La température

moyenne des basses couches atmosphériques avoisinerait alors -18 degrés Celsius et la Vie

n’aurait pas pu apparaître. Heureusement, l’atmosphère est partiellement opaque aux

infrarouges. Une partie de la chaleur captée est absorbée et la température moyenne à la

surface de la Terre s’élève de 33 degrés Celsius au-dessus de la valeur précédente, pour

atteindre 15 degrés Celsius.

Schéma 1 : Mécanisme de l’effet de serre

Atmosphère

Terre

Soleil
Radiations réfléchies

par l'amosphère

et la Terre

Radiations reçues

Radiations

absorbées

et renvoyées

Radiations émises

Source : Cesar (1994)

Définition 1 : « On entend par ‘‘gaz à effet de serre’’ les constituants gazeux de l’atmosphère,

tant naturels qu’anthropiques, qui absorbent et réémettent le rayonnement infrarouge. »

17

L’effet de serre

Source : Article premier, définition 1, Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (15

mai 1992).

Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d’eau, le gaz carbonique, le méthane,

l’oxyde d’azote et les chlorofluorocarbures, qui sont des gaz artificiels. Avant la révolution

industrielle, leur concentration atmosphérique était stable et l’effet de serre était équilibré à

son niveau naturel.

Définition 2 : « Le mécanisme par lequel les gaz à effet de serre réchauffent le climat est

appelé ‘‘effet de serre’’. »
Source : Thuillier (1992).

2 - L’effet de serre additionnel

Depuis la révolution industrielle, la teneur atmosphérique de tous les gaz à effet de serre

a augmenté sensiblement : de 25 pour-cent pour le gaz carbonique ; d’un facteur 2 pour le

méthane ; de 9 pour-cent pour l’oxyde d’azote. Les chlorofluorocarbures étant des gaz à effet

de serre artificiels, leur concentration atmosphérique était nulle avant l’ère industrielle.

La responsabilité des sociétés industrialisées dans cette tendance de long terme ne fait aucun

doute. Les sources d’émissions anthropogéniques sont clairement identifiées : le dioxyde de

carbone provient de la combustion massive des énergies fossiles et de la déforestation (le

carbone contenu dans l’humus du sol se dégage par combustion après la disparition de la

couverture forestière) ; le méthane provient de l’agriculture (principalement, l’élevage de

ruminants et la culture en rizières) et de l’exploitation du gaz naturel ; l’oxyde d’azote résulte

de la combustion des végétaux et de l’utilisation des engrais azotés.

L’accumulation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère renforce l’effet de serre. En vertu

des mécanismes présentés dans la section 1, le réchauffement climatique est certain, toutes

18

L’effet de serre

choses égales par ailleurs. Cependant, son amplitude n’est pas facilement prévisible, du fait

d’un nombre élevé de rétroactions positives et négatives, que nous présenterons plus loin 1.

Définition 3 : « On entend par ‘‘changements climatiques’’ des changements de climat qui

sont attribués directement ou indirectement à une activité humaine altérant la composition de

l’atmosphère mondiale et qui viennent s’ajouter à la variabilité naturelle du climat observée

au cours de périodes comparables. ».
Source : Article premier, définition 2, Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (15

mai 1992).

L’élévation de la température d’équilibre ΔT par rapport à sa valeur préindustrielle

dépend de l’accroissement du forçage radiatif F de l’atmosphère, qui mesure la quantité

d’énergie piégée par l’atmosphère en watts par mètre carré. Le forçage radiatif augmente avec

la teneur atmosphérique de gaz à effet de serre. Le réchauffement d’équilibre se calcule en

multipliant le forçage radiatif par deux constantes climatologiques. La première convertit

directement le forçage radiatif supplémentaire en réchauffement, sans tenir compte des

éventuelles rétroactions. Elle est égale à degré par watt au mètre carré. La seconde vient

corriger la première évaluation des rétroactions positives et négatives. Sa valeur se déduit des

simulations opérées à l’aide de modèles de circulation générale et est comprise entre 1,1 et 3,4

(sans unité), 1,9 étant sa réalisation la plus probable. On en vient donc à écrire la relation

suivante :

0 3,

Δ Α ΒT F= . . avec et Α = ° −0 3 2, / .C W m Β= 19, . Dans les chapitres ultérieurs, nous

écrirons ω = Α Β. pour simplifier les notations.

La méconnaissance des rétroactions et de leur amplitude explique l’essentiel des incertitudes

sur le réchauffement planétaire futur. La principale source d’erreur provient du rôle des

nuages. Le réchauffement planétaire s’accompagnera normalement d’une augmentation de

l’évaporation. Puisque la vapeur d’eau est aussi un gaz à effet de serre, ceci produira une

rétroaction positive. Mais, cette dernière sera compensée presque totalement si la vapeur

d’eau supplémentaire forme des nuages d’altitude (alors, Β= 11, ), alors qu’elle sera amplifiée

si elle se traduit par la formation de nuages bas (alors, Β= 3 4, ). Des tests de sensibilité,

1 - Les rétroactions rassemblent toutes les modifications secondaires du système climatique accompagnant le

réchauffement planétaire. Elles sont positives lorsqu’elles amplifient le réchauffement, négatives sinon.

19

L’effet de serre

menés sur 18 modèles de circulation générale, ont montré que l’essentiel des divergences

entre les simulations provenait de ce problème (Le Treut & Kandel, 1992).

20

L’effet de serre

3 - Les cycles biogéochimiques des gaz à effet de serre

Ainsi, les émissions de gaz à effet de serre anthropogéniques modifient l’atmosphère

terrestre. Les mesures directes faites depuis une trentaine d’années et les mesures indirectes

permettant de remonter plus loin dans le temps attestent largement ce fait. Dans le même

temps, ces observations ont montré que l’atmosphère éliminait partiellement les gaz à effet de

serre reçus. Les scientifiques se sont donc penchés sur les mécanismes régissant ces

recyclages. De fait, la connaissance de ces phénomènes est essentielle pour comprendre le

rôle des émissions présentes sur la composition de l’atmosphère et sur le climat futurs.

Définition 4 : « On entend par ‘‘réservoir’’ un ou plusieurs constituants du système

climatique qui retiennent un gaz à effet de serre ou un précurseur de gaz à effet de serre ».
Source : Article premier, définition 7, Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (15

mai 1992).

Définition 5 : « On entend par ‘‘puits’’ tout processus, toute activité ou tout mécanisme,

naturel ou artificiel, qui élimine de l’atmosphère un gaz à effet de serre, un aérosol ou un

précurseur de gaz à effet de serre ».
Source : Article premier, définition 8, Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (15

mai 1992).

Le cycle du carbone définit la relation entre les trois réservoirs de carbone que sont

l’atmosphère, la biosphère terrestre et les océans. L’atmosphère échange annuellement 90

GtC2 avec les océans et 113 GtC avec la biosphère continentale. Sans l’intervention humaine,

ces flux incessants s’équilibrent et le stock de carbone atmosphérique reste stable.

Comparativement, les émissions de carbone d’origine humaine sont modestes : en 1990, 5,4

GtC par combustion des énergies fossiles et 1,6 GtC (±1 GtC) du fait de la déforestation

(Cline, 1991). Bien que réduites par rapport aux échanges naturels, ces émissions entraînent

une accumulation nette de carbone de 3,4 GtC par an, ce qui correspond à un taux de

2 - 1 GtC = 1 milliard de tonnes de carbone = 12/44 milliard de tonnes de dioxyde de carbone.

21

L’effet de serre

croissance annuel de la teneur atmosphérique en carbone de 0,5 pour-cent. La quantité

manquante est captée par les océans et la végétation.

A l’équilibre, la concentration de carbone dans les océans dépend de la teneur atmosphérique

en carbone. Les scientifiques estiment ainsi que les océans finiront, à terme, par dissoudre la

majeure partie du carbone atmosphérique excédentaire, au point qu’il n’en restera que 17

pour-cent dans l’atmosphère. Les océans sont donc un puits de carbone. Actuellement, ce

mécanisme explique l’élimination de 2 GtC (±0,8 GtC) par an sur les 7 GtC émises par

l’homme (Minster & Merlivat, 1992).

L’absorption réelle par les océans est donc nettement inférieure aux 83 pour-cent calculés par

les scientifiques. La raison est que l’accumulation du carbone dans l’atmosphère se fait à un

rythme trop rapide. Les courants marins de surface (Gulf Stream ; Kuroshio ; courant du

Labrador ; courant de la mer de Weddel...) captent le carbone atmosphérique jusqu’à en être

saturés, puis ils n’en acceptent plus tant qu’ils n’ont pas été régénérés par mélange avec les

eaux profondes. Ce cycle de régénération varie, selon les courants marins, de 30 à 1000 ans.

Le rythme du mélange des eaux de surface et des eaux profondes agit donc comme un facteur

limitatif à l’élimination du carbone atmosphérique par les océans.

La végétation devient également un puits de carbone lorsque la teneur atmosphérique en

dioxyde de carbone augmente. En effet, la présence de ce gaz en plus grande quantité stimule

la croissance des plantes, qui se mettent à emmagasiner une partie du carbone excédentaire.

Ce phénomène explique à son tour la disparition de 1,1 GtC (Goudriaan, 1992).

A ce stade, il reste 0,5 GtC sur les 7 GtC émises dont on ignore la destination finale. Selon

certains scientifiques, le reste pourrait être imputé aux politiques de reboisement menées dans

les zones tempérées du monde et, éventuellement, à une surestimation systématique du

rythme de dégagement du carbone du sol après la déforestation en zone tropicale (Goudriaan,

1992).

22

L’effet de serre

Les modèles économiques formalisent généralement les échanges de carbone entre

l’atmosphère et les autres réservoirs de façon schématique : l’absorption par les océans est

supposée proportionnelle au stock de carbone atmosphérique ; l’accumulation du carbone par

la végétation réduit les émissions anthropogéniques d’une proportion fixée.

( )G tCO2 désignant le stock de carbone atmosphérique et les émissions

anthropogéniques à la date , l’accroissement du stock est donné par :

( )g tCO2
t

( ) ( ) ( ) ( )G t g t G tCO CO CO2 21 1+ = + − 2α β. . , (1)

où

α est le taux de rétention atmosphérique,

β est le taux de transfert du carbone entre la surface des océans et l’océan profond.

Nordhaus (1992a) et (1993) utilise les valeurs α = 0 64, (±0,15) et β = 1 120 (ce paramètre

est très variable dans la littérature économique, puisqu’il oscille entre 0,004 et 0,018). Le taux

de rétention atmosphérique est obtenu par régression, en se basant sur les émissions et

l’accumulation passées du carbone. Le taux de transfert est calculé par le Groupe

Intergouvernemental d’Experts sur le changement Climatique (G.I.E.C. ; I.P.C.C. en anglais).

L’inverse de ce paramètre mesure la durée de résidence du carbone dans l’atmosphère. Selon

le G.I.E.C., elle serait comprise entre 50 et 200 ans, 120 ans étant sa valeur la plus probable.

Comme nous le démontrerons dans la section prochaine, le dioxyde de carbone est le

principal responsable du renforcement de l’effet de serre. Il est donc légitime qu’il ait plus

retenu l’attention des économistes que les autres. Pour les mêmes raisons, nous passerons

outre la description des cycles biogéochimiques des autres gaz à effet de serre, de peur que

cette énumération devienne ennuyeuse. Par contre, nous présentons les informations

essentielles que l’on tirerait d’une telle étude dans le tableau 1.

23

L’effet de serre

Tableau 1 : Caractéristiques principales des gaz à effet de serre

Gaz à
effet de
serre

Concentration en
1990 (ppmv)

Concentration en
1750/1800

(ppmv)

Croissance
depuis

1750/1800

Durée de
vie

(années)

Projection
(croissance
annuelle)

CO2 354 280 26% 120 0,50%
CH4 1,717 0,8 115% 10 0,90%
N2O 0,3097 0,288 8% 150 0,25%
HCFC-22 0,0001 nulle .. 15 ..
CFC-11 0,00028 nulle .. 65 4,00%
CFC-12 0,000484 nulle .. 130 4,00%
CFC-113 0,00005 nulle .. 70 ..
Note : ppmv signifie Parties Par Million en Volume.

Source : Houghton et alli (1990).

Le tableau 1 résume l’ensemble des informations rassemblées jusqu’à présent et en apporte de

nouvelles. La durée de vie des gaz à effet de serre dans l’atmosphère est très variable mais

généralement longue. Les émissions anthropogéniques présentes auront donc des

conséquences durables sur le climat. Comme nous le verrons dans la section prochaine, la

durée de vie des gaz à effet de serre influence énormément l’importance de leur contribution

au réchauffement global.

Les taux de croissance actuels donnés dans le tableau 1 sont évidemment à utiliser avec

précaution. Ils prolongent des tendances observées sur les dernières années mais ne se

réaliseront pas si la communauté internationale s’entend sur une politique de lutte contre

l’effet de serre. Même si les nations ne parvenaient pas à un tel accord, la ratification quasi

unanime du protocole de Montréal, acquise en 1990, dont l’objet est de protéger la couche

d’ozone, devrait avoir pour conséquence une réduction très importante des émissions de

chlorofluorocarbures, qui n’est pas prise en compte dans le tableau.

4 - Contributions individuelles aux changements climatiques

La capacité à retenir les rayonnements infrarouges diffère d’un gaz à l’autre. Par

exemple, l’émission d’une tonne de dioxyde de carbone déstabilise moins le climat que

l’émission de la même masse de chlorofluorocabures.

24

L’effet de serre

La comparaison des gaz à effet de serre sur des critères scientifiques simplifie la modélisation

économique, soit en aidant à éliminer les gaz les moins importants, soit en construisant une

grille de conversion permettant d’exprimer tous les gaz dans la même unité, généralement

l’équivalent dioxyde de carbone.

La décomposition du forçage radiatif global isole, à un instant donné, la contribution

individuelle de chaque gaz à effet de serre au réchauffement global (Peck & Teisberg, 1992) :

F F F F FCO CH N O CFC= + + +2 4 2 , (2)

où

( )F GCO CO2 26 33 3565= −, . ,ln , F GCH CH4 4142 127= −, . , ,
F GN O N O2 22 76 148= −, . , , F GCFC CFC= 26316, . ,

Gi désignant la concentration atmosphérique en gaz (en ppmv). i

Graphique 1 : Contributions individuelles au forçage radiatif (1990)

CO2
63%

CH4
25%

N2O
2%

CFC
10%

Le graphique 1 est obtenu en utilisant la relation (2) et les concentrations atmosphériques du

tableau 1. D’après ces calculs, le forçage radiatif, en 1990, est supérieur de 2,4 watts par

mètre carré à sa valeur naturelle d’avant la révolution industrielle. Le dioxyde de carbone

contribue pour 63 pour-cent à cette augmentation, contre 25 pour-cent pour le méthane, 10

pour-cent pour les chlorofluorocarbures et 2 pour-cent pour l’oxyde d’azote.

25

L’effet de serre

Ces résultats ont peu d’intérêt pour le décideur. Ils indiquent seulement que, en l’état

actuel des choses, compte tenu des émissions anthropogéniques des différents gaz à effet de

serre depuis deux siècles et des concentrations atmosphériques afférentes, tel gaz est

responsable d’une proportion donnée du réchauffement courant.

Une information plus utile serait de savoir comment les émissions d’aujourd’hui agissent sur

le climat. Elle s’obtient en calculant l’accroissement du forçage radiatif global imputable à

l’émission d’une unité de masse de chaque gaz à effet de serre, i.e. par la dérivée des relations

(2). Ce critère de comparaison a donné lieu au calcul du forçage radiatif relatif instantané

(G.I.E.C.), qui rapporte l’accroissement du forçage radiatif des différents gaz à celui du gaz

carbonique : voir le tableau 2.

La comparaison ainsi obtenue n’est pas pleinement satisfaisante car elle néglige la durée de

vie des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Pour comprendre cela, supposons qu’en

doublant la concentration de deux gaz à effet de serre, on double l'intensité radiative

instantanée du premier et on quadruple celle de l'autre. La comparaison de cette première

donnée impute principalement le réchauffement au second. Mais, si la durée de vie du premier

est le double de l’autre, le réchauffement qu’il produit, quoique deux fois moindre, se

prolonge sur une période deux fois plus longue. Ainsi, la comparaison des forçages radiatifs

instantanés est trompeuse. En réponse, le G.I.E.C. propose un indicateur plus satisfaisant,

appelé potentiel de réchauffement global, qui tient compte également de la durée de résidence

des gaz dans l’atmosphère : voir le tableau 2. Il comptabilise les effets climatiques futurs des

émissions de chaque gaz à effet de serre par rapport au dioxyde de carbone.

Tableau 2 : Comparaison des gaz à effet de serre

26

L’effet de serre

Gaz à
effet de
serre

Forçage
radiatif relatif

instantané

Potentiel de
réchauffement

global
CO2 1 1
CH4 58 9
N2O 206 190
HCFC-22 5440 510
CFC-11 3970 1500
CFC-12 5750 4500
CFC-113 3710 2100

Source : Houghton & alli (1990).
Le potentiel de réchauffement global prouve que les émissions supplémentaires de dioxyde de

carbone sont plutôt moins dommageables que les émissions des autres gaz. A l’opposé, les

chlorofluorocarbures sont présentés comme les gaz les plus redoutables : comme l’indique

leur forçage radiatif relatif instantané, l’accumulation atmosphérique supplémentaire de ces

gaz renforce sensiblement l’effet de serre immédiat ; de plus, cet effet se prolonge longtemps

après l’émission (voir le tableau 1), si bien que leur potentiel de réchauffement globaux est

élevé.

Le potentiel de réchauffement global désigne clairement les sources de gaz à effet de serre qui

devront être visées prioritairement par la politique du climat. Le critère de comparaison

obtenu est très précieux pour les négociations internationales sur le climat. Toutefois, comme

nous le verrons dans le chapitre 3, il n’est pas pleinement satisfaisant d’un point de vue

économique.

Définition 6 : « On entend par ‘‘source’’ tout processus ou activité qui libère dans

l’atmosphère un gaz à effet de serre, un aérosol ou un précurseur de gaz à effet de serre. »
Source : Article premier, définition 8, Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (15

mai 1992).

Les économistes se sont surtout préoccupés du dioxyde de carbone, tandis que les autres

gaz ont nettement moins retenu leur attention. Mis en relation avec les résultats précédents,

cela pourrait sembler paradoxal. En fait, les gaz qui affichent le plus grand potentiel de

réchauffement sont émis en quantités très faibles, si bien que la réduction de leurs émissions

n’aurait qu’un effet limité sur l’évolution climatique future. Pour mieux se rendre compte de

cela, nous proposons une mesure des gisements de limitation de l’effet de serre en 1990, que

27

L’effet de serre

nous répartissons entre les gaz à effet de serre : voir le graphique 2. Cet indicateur s’obtient

simplement en multipliant le potentiel de réchauffement global d’un gaz par les quantités

émises de ce gaz : le potentiel de réchauffement mesure le réchauffement intertemporel évité

si l’on réduit l’émission d’une unité ; en première approximation, le produit de cette valeur

par les émissions totales donne la réduction globale de l’effet de serre si l’on s’abstient

d’émettre le gaz.

28

L’effet de serre

Graphique 2 : Répartition des gisements de limitation de l’effet de serre (1990)

CO2
72%

CH4
14%

N2O
7%

CFC
7%

Cet indicateur avalise bien le choix des économistes. Le ralentissement de l’effet de serre

passera avant tout par la limitation des émissions de dioxyde de carbone. La réduction des

émissions des autres gaz à effet de serre, quoique que conseillée en tant que mesure

d’accompagnement, n’agira que de manière limitée sur le climat.

5 - Résultats des modèles de circulation générale

Les modèles de circulation générale permettent de simuler les conséquences climatiques

du renforcement de l’effet de serre. Nous avons déjà présenté un résultat déduit de tels calculs

dans la section 2 (voir le paramètre de la relation de réchauffement). Β

L’évolution future de la concentration des gaz à effet de serre étant inconnue, la plupart

des simulations réalisées utilisent l’hypothèse du doublement de la concentration d’équivalent

dioxyde de carbone. Ce scénario correspond à un accroissement du forçage radiatif de 4,4

watts par mètre carré. Les modèles partent de ce choc exogène pour rechercher un nouvel

équilibre climatique. Les prévisions de réchauffement obtenues varient entre 1,5 et 4,5 degrés

Celsius, la valeur la plus probable étant 2,5 degrés Celsius, que l’on vérifie en utilisant la

relation de la section 2 : 0,3x1,9x4,4.

29

L’effet de serre

Les différents modèles prédisent tous que : le réchauffement serait plus important aux

latitudes élevées qu’à l’équateur ; les précipitations et l’évaporation devraient croître de 3 à

15 pour-cent. Aucun consensus n’émerge réellement quant à la répartition géographique des

précipitations (ce qui est très problématique pour l’évaluation des dommages sur l’agriculture

et les écosystèmes) : les pluies sont généralement plus fortes toute l’année aux hautes

latitudes et en hiver seulement aux latitudes moyennes ; le signe de leur changement reste

incertain aux basses latitudes.

D’autres expériences numériques ont été menées pour étudier la dynamique transitoire

des changements climatiques. Elles utilisent quatre scénarios, proposés par le G.E.I.C., pour

l’évolution des concentrations de gaz à effet de serre. Le premier scénario n’envisage aucune

mesure de lutte contre l’effet de serre, en dehors des actions déjà entreprises pour limiter les