“Quand et combien?”. Agir contre le réchauffement climatique: aperçu d’une controverse académique

Auteur : Thibault Briera

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Les économistes contribuent à la lutte contre le changement climatique en proposant des estimations de la valeur sociale du carbone, qui conditionne la rapidité et l’ampleur de l’action climatique. Or, ces estimations divergent radicalement selon la méthodologie retenue. Deux grandes approches se sont affrontées dans le monde académique, respectivement celles attribuées à William Nordhaus et Nicholas Stern. Saisissant les enjeux de cette controverse, on découvre le spectre d’une interrogation qui plane sur la discipline: y’a-t’il un réel intérêt à modéliser les interactions entre économie et climat à si long terme?

Résumé

• Les économistes contribuent à la recherche dans la lutte contre le changement climatique en déterminant un “coût social du carbone”, qui quantifie les dommages futurs causés par des émissions de gaz à effet de serre.
• Ce coût social du carbone conditionne la rapidité et l’ampleur des efforts à fournir pour limiter les effets du changement climatique.
• Or, selon les choix méthodologiques retenus pour modéliser les relations économie-climat, les estimations du coût social du carbone divergent radicalement.
• Ces approches irréconciliables conduisent à une controverse scientifique, opposant leurs chefs de file respectifs : N. Stern et W. Nordhaus.
• Derrière la querelle de chapelle se cache un malaise dans la discipline : face à l’incertitude radicale du climat à venir, les économistes ne se fourvoient-ils pas en tentant de modéliser les relations économie-climat à long terme ?

Article

Introduction: le climat dans le langage des économistes

A l’origine de la controverse Nordhaus/Stern, on trouve une volonté commune: celle de déterminer le prix du carbone (“Social Cost of Carbon” ou SSC), que l’on désignera indistinctement comme valeur tutélaire du carbone, valeur sociale du carbone ou prix du carbone. En effet, la communauté des économistes considère depuis longtemps le problème des émissions de gaz à effet de serre (GES) – et plus largement de la pollution – comme une question d’externalité négative.

Pour rappel, une externalité désigne une situation dans laquelle l’action d’un ou plusieurs agents affecte le bien-être d’au moins un autre agent, sans que l’on enregistre de contrepartie monétaire. La pollution constitue un exemple canonique d’externalité négative. Quand une entreprise rejette discrètement ses eaux polluées dans la rivière voisine, elle ne dédommage pas les riverains qui voient la qualité de leur cours d’eau dégradée. La pollution atmosphérique dont il est question dans cet article prend un caractère mondial, le climat étant considéré comme un bien public à l’échelle planétaire.

Face à une externalité négative, les solutions présentées par les économistes conduisent à internaliser l’externalité. Il s’agit de faire converger coûts et bénéfices privés et publics. En effet, dans le modèle microéconomique sous-jacent, l’agent à l’origine de l’externalité agit en ne prenant en compte que ses propres coûts et bénéfices. Il ne se préoccupe pas des conséquences de ses actes sur le bien-être du reste de la société, aboutissant à une situation sous-optimale. Cela s’explique par le fait que la nuisance liée à son activité n’est pas prise en compte par le marché. Afin d’internaliser l’externalité, il faut donc introduire le marché, et donc le prix manquant. Deux grandes solutions sont retenues par les économistes: la taxe sur l’activité qui produit les nuisances, dite taxe “pigouvienne” et le marché des droits à polluer. La première revient à contrôler directement le prix de la pollution. La seconde conduit à contingenter la quantité de pollution émise en fixant un nombre de “droits à polluer” échangeables sur un marché [1].

Dans le cas des émissions de GES, le problème posé est plus complexe puisque l’externalité est intertemporelle. En effet, le CO2 contribue à la modification du climat sur longue période, celui-ci persistant plusieurs dizaines d’années dans l’atmosphère. Afin de faire converger coûts privés et sociaux, il faut prendre en compte l’ensemble des dommages causés par l’émission de CO2 aujourd’hui, même si ces dommages affecteront des générations futures. Puisqu’il s’agit de pertes futures, il est nécessaire de les ramener à une valeur dans le temps présent, c’est-à-dire de les actualiser.On en tire la conclusion suivante : afin d’internaliser l’externalité intertemporelle, le prix d’émission d’une tonne de carbone aujourd’hui doit être égale à l’ensemble des dommages futurs actualisé qu’elle cause. Puisque les émissions de gaz divers sont rapportées à des équivalents CO2, on parle globalement de prix du carbone. Déterminer ce prix du carbone constitue un défi majeur, puisque qu’il doit notamment permettre de fixer le montant optimal d’une taxe carbone mondiale, pilier de la stratégie pour limiter le changement climatique. Plus largement, l’évaluation du prix du carbone aiguille le “quand et combien” de l’action climatique. Plus la valeur tutélaire du carbone est élevée, plus grands sont les gains à réduire dès maintenant les émissions de GES [2].

Plongée dans la modélisation IAM

Afin de saisir les termes du débat qui oppose W. Nordhaus à N. Stern, il faut revenir au travail séminal de Nordhaus: le modèle DICE (Dynamic Integrated model of Climate and the Economy) (1). DICE comprend deux modules: d’un côté une économie simplifiée, de l’autre les évolutions du climat. Les deux modules interagissent à chaque période, on parle alors de modèle d’évaluation intégrée (ou IAM pour Integrated Assessment Modelling). Dans le cadre DICE, l’activité économique est à l’origine d’émission de GES, ce qui affecte le climat futur. Le changement climatique induit en retour un changement des conditions écologiques et économiques de la production. Des mesures visant à réduire la concentration de GES dans l’atmosphère peuvent-être mises en place, comme une taxe carbone ou un marché de quotas d’émission de GES.

Une présentation des équations principales du modèle DICE est proposée en annexe. 

Voyons maintenant quels enseignements en tirer en matière d’action contre la lutte contre le changement climatique, et donc de prix du carbone.

Le modèle DICE conduit à une trajectoire de température moyenne socialement optimale de + 3,5°C à horizon 2100 par rapport à l’ère pré-industrielle. Autrement dit, le modèle de Nordhaus préconise de contenir la hausse de température de seulement 0,5°C environ par rapport au scénario “business-as-usual”, c’est-à-dire sans intervention en faveur de la réduction des émissions de GES. Le scénario “business-as-usual” est présenté sous le nom de “base” dans le graphique suivant, le scénario socialement optimal correspondant à la courbe “optimal”.

A première vue, le scénario présenté comme “optimal” a de quoi déstabiliser. En effet, difficile d’envisager un monde dans lequel la température moyenne sur le globe a augmenté de 3,5°C par rapport à l’ère pré-industrielle. 

Cette trajectoire de température permet toutefois de maximiser le bien-être social dans le modèle DICE. La logique est la suivante. Sachant que les générations futures seront bien plus riches que l’actuelle, il n’est pas économiquement optimal de sacrifier la consommation aujourd’hui pour qu’à l’avenir, les ménages puissent jouir d’un peu plus de biens et services. Un tel raisonnement fait sens à l’échelle d’une vie humaine. La privation de plaisirs immédiats pour un étudiant fauché ne semble pas très rationnel, surtout si celui-ci sera amené à gagner un salaire confortable plus tard. Les sommes durement épargnées durant sa scolarité resteront dérisoires par rapport à sa première paie. Inutile donc de se serrer la ceinture trop fort aujourd’hui: nous serons bien plus riches dans le futur.

On le mesure sur le graphique suivant: les efforts consentis pour limiter la hausse de température à 2°C sont bien plus importants que les dommages futurs (scénario T2.0, en noir sur le graphique). Plus déterminant encore, la somme des coûts présents et des dommages futurs pour conserver une telle trajectoire apparaissent supérieur à ceux du scénario “business-as-usual”, a fortiori ceux du scénario optimal.

Au final, les travaux de Nordhaus plaident pour une action progressive et mesurée contre le changement climatique, de sorte à ne pas faire peser de trop forts coûts de réduction des émissions de GES aux générations présentes. A la question “quand et combien?”, Nordhaus répond : “graduellement et avec retenue”. Le prix du carbone associé au modèle DICE est donc plutôt faible, de l’ordre de 50$ par tonne d’équivalent CO² (en dollars constant de 2005). 

Les origines de la controverse: la réponse de Nicholas Stern

L’oeuvre de Nordhaus, bien que fondatrice, n’est pas exempte de critiques. Des travaux concurrents se sont attelés à proposer des scénarios alternatifs, le plus connu étant certainement le rapport Stern (3). L’équipe formée par l’économiste Nicholas Stern s’est appuyé sur un modèle proche de DICE, le modèle PAGE (Policy Analysis of the Greenhouse Effect). Pourtant, leurs conclusions s’opposent radicalement. Pour Stern, il faut agir vite et fort. Autrement, les coûts de limitation du changement climatique grimperont en flèche.

Cette divergence s’explique par des choix dans le paramétrage de certaines valeurs et fonctions clefs des modèles. Espagne et al (4) identifient trois facteurs déterminant dans la “controverse Stern/Nordhaus”:

• le taux d’actualisation
• la sensibilité climatique
• la forme des coûts d’abattement

Concentrons nous sur le taux d’actualisation, qui a polarisé les débats lors de la controverse. Le point de désaccord majeur concerne le taux de préférence pure pour le présent (ρ), une composante du taux d’actualisation. Il s’agit d’un paramètre “éthique” puisqu’il renvoie à  la valeur collectivement associée au passage du temps. Plus ρ est grand, plus l’utilité que procure la consommation de biens et services dans un futur éloigné diminue.

Nordhaus choisit de fixer la valeur de ρ selon une méthode descriptive, en observant les valeurs du taux d’intérêt sur les marchés [3]. Cela conduit à fixer ρ = 1,4%.

Stern préfère appliquer une méthode normative. Dans la lignée de Ramsey (5), il affirme que la seule raison qui justifie de placer un poids plus faible sur l’utilité des générations futures serait la probabilité d’une extinction de l’espèce humaine. Ainsi dans le scénario Stern, ρ = 0,1%, ce qui correspond à une probabilité de survie de l’espèce humaine au bout d’un siècle de 90%.

Ce débat pourrait paraître tout à fait technique. Il en va de même pour la détermination de la sensibilité climatique et de la forme des coûts d’abattement. Stern et Nordhaus sont en désaccord sur la façon dont les émissions de GES conduit à des variations climatiques (sensibilité climatique) comme sur les possibilités d’agir pour réduire les émissions (coûts d’abattements).

Il s’en suit que les trajectoires de valeur tutélaire du carbone qui résultent des travaux de Nordhaus et de Stern sont radicalement différentes. Elles sont visibles sur le graphique tiré du livre de Nordhaus A question of balance (2008). Stern préconise d’évaluer l’émission d’une tonne d’équivalent CO² dans l’atmosphère à environ 350$ en 2015, un prix 7 fois plus élevé que la préconisation de Nordhaus (“optimal”).

Derrière la querelle de modélisateurs, un débat académique d’envergure

La controverse Nordhaus/Stern peut apparaître comme une querelle scientifique, chacun proposant sa propre méthodologie pour calibrer les paramètres et fonctions du modèle. Pourtant, cela conduit à deux visions antagonistes du problème du “quand et combien” de l’action contre le changement climatique. Malheureusement, chaque camp dispose d’un argument dévastateur contre son adversaire, si bien qu’aucune méthodologie n’emporte totalement l’adhésion.

Le scénario “optimal” au sens de Nordhaus aboutit à une hausse moyenne de la température terrestre de +3,5°C d’ici 2100. Or, on peine à imaginer un monde qui soit accueillant pour 10 milliards d’êtres humains dans un tel scénario [4]:

“Les scénarios d’élévation de 4°C de la température sont accablants : inondation des villes côtières, menaces sur la production alimentaire menant à une hausse des taux de sous-alimentation et de malnutrition […] ; vagues de chaleur sans précédent dans de nombreuses régions, en particulier sous les tropiques ; aggravation substantielle de la pénurie d’eau dans de nombreuses régions […] ; perte irréversible de biodiversité, avec notamment la disparition des récifs coralliens.”

Banque Mondiale, 2012. (7)

Du côté Nordhaus, on met en avant les implications déconcertantes qui découlent des choix de modélisation du rapport Stern. En effet, dans le modèle PAGE de Stern, les individus consentent à des efforts très importants aujourd’hui pour limiter les effets du changement climatiques, y compris si les dommages sont très éloignés dans le temps. Dans le scénario Stern, il est socialement préférable de diminuer la consommation des agents de moitié durant toute l’année 2005 pour éviter une perte de consommation minime des individus à partir de 2200, jusqu’à la fin des temps. La méthodologie Stern est ici critiquée pour le poids très important qu’elle accorde à l’utilité des générations futures, justifiant des efforts très importants dans le présent [5]. Ceci s’explique par le fait que 1) Stern comme Nordhaus choisissent un taux de croissance annuel (g = 1,3%) constant et positif, de telle sorte que les générations futures sont forcément plus riches que les actuelles; 2) l’utilité des agents est prise en compte jusqu’à un temps infini, si bien qu’avec un taux d’actualisation faible le bien-être des individus nés dans plusieurs siècles exerce une influence importante sur le niveau de bien-être collectif.

Alors, quel doit être le vrai prix du carbone ? Faut-il agir vite, taxer durement les émissions de GES, ou au contraire ne pas se précipiter inutilement? Derrière des avis aussi tranchés, difficile d’y voir clair, d’autant que les méthodologies concurrentes sont irréconciliables. En réalité, ce qui semble être a priori une querelle technique nourrit un débat plus large. Les estimations très variables de la valeur sociale du carbone interrogent l’intérêt de l’exercice lui même. 

Robert. S. Pindyck, économiste du MIT, est sans appel à ce sujet (8). En témoigne le titre de son article: “Politique de lutte contre le changement climatique: que nous apprennent les modèles?” et sa réponse : “Très peu” (“Very little”). Selon lui, les tentatives de quantifier les conséquences du changement climatique sur l’économie et la simulation de politiques visant à diminuer ces effets sont vaines et dangereuses. En effet, les modèles qui visent à estimer un prix du carbone créent une “perception de connaissance et de précision”, perception “illusoire et fallacieuse” (“[It] create[s] a perception of knowledge and precision, but that perception is illusory and misleading”). On mesure avec grande précision un objet malgré une méthodologie scientifiquement peu fondée, sensible à la variation de paramètres arbitrairement choisis par le modélisateur. Pour Pindyck, autant dire que les standards de la science manquent à l’appel.

Au final, la modélisation économie-climat ne nous est-elle vraiment d’aucune aide dans la lutte contre le réchauffement climatique? Pour Espagne et al (9) la divergence des prix du carbone selon les scénarios ne doit pas conduire à abandonner toute tentative de modéliser les interactions entre l’économie et le climat. Selon eux, l’utilisation de modèles d’évaluation intégrée permet d’établir un corridor de valeurs pour le carbone. Ce corridor dépend de “visions du monde” (worldviews) propres aux modélisateurs, qui les conduisent à effectuer certains choix de modélisation. Il ne faut donc pas faire du prix du carbone un totem, dont on s’attacherait à déterminer la véritable valeur. Chaque scénario fait sens à l’aune d’une vision du monde particulière. Derrière les choix de modélisation se cachent des considérations éthiques (comme le taux de préférence pure pour le présent) qu’il ne convient pas d’harmoniser nécessairement. D’où l’intérêt de considérer une plage de valeurs pour la valeur tutélaire du carbone, avec pour objectif d’orienter les décisions politiques de lutte contre le changement climatique.

Conclusion

La plongée dans la controverse Nordhaus/Stern se fait au prix d’un détour par des considérations qui semblent à première vue purement techniques: quel taux d’actualisation choisir? Quelle forme pour la fonction d’abattement ? Pourtant, les répercussions de la bataille méthodologique dépassent le cadre des choix de modélisation puisque les modalités de l’action climatique reposent notamment sur les résultats des modèles d’évaluation intégrée. 

Or, une partie du monde scientifique remet en cause la pertinence de la modélisation économique quant à l’orientation de la politique de lutte contre le changement climatique. Les modèles utilisés par les économistes n’incorporent pas les avancées récentes des sciences du climat, produisant des recommandations politiques incohérentes avec l’état actuel des connaissances (10). C’est à se demander si les économistes ne sont pas les premiers à réchauffer la planète, selon l’expression d’Antonin Pottier (11). 

Annexe 

Les équations principales du modèle DICE (Nordhaus, 2008):

La fonction objectif du modèle est une fonction de bien-être social W (1) la consommation par tête c(t) et de la population L(t) qui croit de façon exogène. L’utilité de chaque période est pondérée par un facteur d’actualisation R (2) et de forme CES pour Constant Elasticity of Substitution (3). 

A chaque période, un arbitrage est effectué entre consommation immédiate et épargne. L’épargne permet d’investir en capital K, qui rentre dans la fonction de production macroéconomique Q au même titre que le travail (4) et assure un flux de consommation future. Q est une fonction de Cobb-Douglas augmentée d’un facteur technologique A et de deux fonctions spécifiques du modèle DICE: la fonction de dommage et la fonction d’abattement. La fonction précise les effets du changement climatique sur la production totale. La fonction d’abattement , exprimé en % du PIB, détaille la part de la richesse annuelle consacrée à la réduction des émissions de CO₂.

Notes

[1]: pour rentrer plus dans les détails, nous renvoyons le lecteur curieux aux manuels de microéconomie qui présentent fréquemment les avantages et inconvénients de chaque solution, ou encore la synthèse de la Caisse des Dépôts https://www.caissedesdepots.fr/fileadmin/PDF/finance_carbone/rapports/24_09_les_marches_carbone_expliques.pdf consulté le 05/11/2020

[2]: Le rapport “Quinet 2” pour la France propose une trajectoire de 250€ d’ici 2030, à consulter https://www.strategie.gouv.fr/sites/strategie.gouv.fr/files/atoms/files/fs-2019-rapport-la-valeur-de-laction-pour-le-climat_0.pdf consulté le 05/11/2020

[3]: à partir de la formule de Ramsey, on peut déduire le taux de préférence pure pour le présent à partir du taux d’intérêt observé sur les marchés.

[4]: d’autant que les modèles comme DICE ignorent les scénarios extrêmes en queue de distribution, voir Weitzman, M.L 2011. “Fat-Tailed Uncertainty in the Economics of Catastrophic Climate Change” Review of Environmental Economics and Policy

[5]: Dans le modèle, les individus renoncent à 56% de leur consommation actuelle annuelle pour éviter une diminution permanente de leur consommation de 0.1% à partir de 2200. Autrement dit, le consommateur représentatif de l’économie du modèle accepte de réduire sa consommation de 10 000$ à 4 400$ en 2005 pour éviter de voir sa consommation passer de 130 000$ par an à 129 700$ à partir de 2200.

Sources

1. Nordhaus, W.D. 1992. “An Optimal Transition Path for Controlling Greenhouse Gases” Science, Vol. 258, Issue 5086, pp. 1315-1319
2. Nordhaus, W.D. 2018. Prize Lecture. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Sun. 11 Oct 2020. Accessible à : https://www.nobelprize.org/prizes/economic-sciences/2018/nordhaus/lecture/, consulté le 12/20/2020
3. Stern, N. (dir) 2006. The Stern Review Report: the Economics of Climate Change    . London, HM Treasury
4. Espagne, E., Fabert, B., Pottier, A., Nadaud, F. & Dumas, P. 2012. “Disentangling the Stern/Nordhaus Controversy: Beyond the Discounting Clash”. SSRN Electronic Journal. 
5. Ramsey, F.P. 1928. “A Mathematical Theory of Saving”, The Economic Journal, Vol. 38, Issue 152, pp. 543–559
6. Nordhaus, W. 2008. A Question of Balance: Weighing the Options on Global Warming Policies. London: Yale University Press.
7. Banque Mondiale, 2012. Baissons la chaleur. Pourquoi il faut absolument éviter une élévation de 4°C de la température de la planète. Washington D.C., p. 5
8. Pindyck, Robert S. 2013.”Climate Change Policy: What Do the Models Tell Us?”, Journal of Economic Literature, 51 (3), 860-72
9. Espagne, E., Pottier, A., Perrissin Fabert, B., Nadaud, F. & Dumas, P. 2018. “SCCs and the use of IAMs: Let’s separate the wheat from the chaff”, International Economics, Vol. 155, pp. 29-47
10.  Dietz, S., Van Der Ploeg, F.,REZAI A. &  VENMANS, F. 2020. « Are economists getting climate dynamics right and does it matter? », Oxford, department of economics discussion paper, n° 900.
11.  Pottier, A. 2016. Comment les économistes réchauffent la planète, Seuil