Cette thèse évalue les conséquences de différentes politiques climatiques sur la filière forêt-bois française. Nous partons du constat qu'en France, les politiques actuellement mises en place prennent, pour la plupart, la forme de mesures ciblées s'appuyant sur la substitution énergétique à travers une augmentation de la consommation de bois-énergie. Nous étudions les effets de ces politiques sur l'économie de la filière et sur l'évolution de la ressource et nous analysons les conséquences de deux mesures fictives alternatives : une politique de séquestration en forêt et une taxe carbone intersectorielle. Pour cela, nous développons un modèle bio-économique du secteur forestier français : French Forest Sector Model (FFSM) s'articule autour d'un module représentant l'économie de la filière bois en équilibre partiel et d'un module représentant l'évolution de la ressource forestière française. FFSM représente la consommation de 6 produits bois transformés, la production de 3 produits bois primaires et les échanges de ces produits entre les 22 régions françaises et entre la France et l'étranger. FFSM permet d'évaluer l'efficacité économique des politiques en estimant leur coût et en mesurant leurs impacts sur les variables économiques de la filière. L'efficacité environnementale des mesures étudiées est analysée en calculant les bilans d'émissions et en déterminant leurs conséquences sur l'évolution de la ressource forestière. / This PhD thesis addresses the issue of assessing the impacts of various climate policies on the French forest sector. It starts from the observation that, in France, most climate policies are based upon the stimulation of additional fuelwood consumption through bottom-up processes. Besides assessing the economic and environmental impacts of these fuelwood policies, we also analyze the impacts of two alternatives climate policies : a policy based upon carbon sequestration in forest and a policy to stimulate the forest sector through a top-down carbon tax policy. In order to test these policies, we develop a bio-economic model of the French sector called French forest sector model (FFSM). It contains two interconnected modules: the economic module represents the economy of the national forest sector in a partial equilibrium framework while the biological module represents the French forest resources dynamics. FFSM takes into account the consumption of 6 final products, the production of 3 primary products and represents tradesbetween the 22 French administrative regions and between France and the rest of the world. From FFSM, we assess the economic effectiveness of policies by interpreting policies costs and by measuring the impacts on the sector through economic variables. We also assess the environmental effectiveness by comparing their carbon balances and their impacts on the forest resource dynamics.

This thesis investigates the effects of constraints imposed on economic interactions by limitations due to natural resources, among which oil and urban land play a curcial role in the context of climate change. These dimensions, often neglected in existing analyses, have an ambiguous effect since they suggest both the risk of enhanced costs if carbon limitations reinforce the sub-optimalities caused by pre-existing constraints, but also, conversely, the possibility of co-benefits if the climate policy helps to correct some pre-existing imperfections of socio-economic trajectories. To investigate this issue, an innovative modeling framework of the enrgy-economy interactions is elaborated that embarks the specificities of the deployment of oil production capacities and the issues related to the spatial organization in urban areas. We demonstrate that, beyond the carbon price, the costs of climate policy essentially depend on the sequencing of complementary measures, with a crucial role of spatial policy designed to control transport-related emissions through mobility.

Cette thèse évalue les conséquences de différentes politiques climatiques sur la filière forêt-bois française. Nous partons du constat qu'en France, les politiques actuellement mises en place prennent, pour la plupart, la forme de mesures ciblées s'appuyant sur la substitution énergétique à travers une augmentation de la consommation de bois-énergie. Nous étudions les effets de ces politiques sur l'économie de la filière et sur l'évolution de la ressource et nous analysons les conséquences de deux mesures fictives alternatives : une politique de séquestration en forêt et une taxe carbone intersectorielle. Pour cela, nous développons un modèle bio-économique du secteur forestier français : French Forest Sector Model (FFSM) s'articule autour d'un module représentant l'économie de la filière bois en équilibre partiel et d'un module représentant l'évolution de la ressource forestière française. FFSM représente la consommation de 6 produits bois transformés, la production de 3 produits bois primaires et les échanges de ces produits entre les 22 régions françaises et entre la France et l'étranger. FFSM permet d'évaluer l'efficacité économique des politiques en estimant leur coût et en mesurant leurs impacts sur les variables économiques de la filière. L'efficacité environnementale des mesures étudiées est analysée en calculant les bilans d'émissions et en déterminant leurs conséquences sur l'évolution de la ressource forestière.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'évaluation des coûts macro-économiques de politiques climatiques nationales et mondiales.<br />Ils reposent sur une mise en relation innovante des prospectives énergétique et macroéconomique, dont l'objectif est d'assurer la représentation fidèle, dans la modélisation macroéconomique, des élasticités du système énergétique mises en lumière par l'analyse technico-économique.<br />Ils opèrent aussi un questionnement critique des études analytiques ayant conclu à l'improbabilité d'un dividende économique net de réformes fiscales environnementales, en démontrant que le signe ultime de l'effet prix général d'une réforme « écofiscale » est dépendant des structures de production et de consommation préexistant à la réforme, ainsi que de leur réactivité au signal-prix.<br />Ils soulignent enfin le rôle prépondérant du changement technique induit et de ses modalités—éviction de l'investissement de productivité générale éventuellement corrigée par une diffusion du progrès technique spécifique—sur l'obtention d'un second dividende.

Face à une préoccupation environnementale croissante, les pays du monde accentuent leurs efforts pour réduire leur dépendance aux ressources fossiles, sources majeures d’émissions de gaz à effet de serre, en les remplaçant par des énergies propres, dont la bioénergie. Dans le contexte induit par l’Accord de Paris et les objectifs d’atténuation du changement climatique, la bioénergie connait une attention croissante dans le monde comme moyen de décarbonation de notre société. Ce travail de thèse se concentre sur les perspectives de développ- ement de la bioénergie en s’attachant à analyser l’évolution de la production de bioénergie au regard des politiques d’incitation, des échanges de ressources biomasses et leur utilisation soutenable à long terme dans un contexte de décarbonation des sociétés. Dans ce contexte d’analyse, ce travail porte également sur une meilleure implémentation de la bioénergie dans notre modèle d’optimisation du système énergétique mondial, TIAM-FR. Ce manuscrit est structuré en quatre chapitres. Le premier chapitre présente le positionnement actuel de la bioénergie, les stratégies mises en œuvre pour son développement et la manière dont cela s’intègre dans notre approche de modélisation. Le deuxième chapitre est consacré à la présentation du développement apporté à la filière de bioénergie dans le modèle TIAM-FR. Le troisième chapitre montre notre travail par rapport à l’évaluation du potentiel de la biomasse. Enfin, le dernier chapitre analyse le rôle futur de la bioénergie dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique, à l’échelle mondiale et par un focus réalisé sur quatre pays asiatiques, la Chine, l’Inde, le Japon et la Corée du Sud. / With growing concerns about the environment, countries are increasing efforts to reduce their fossil fuel dependency, the major source of greenhouse gas emissions, by replacing them with clean energy sources including bioenergy. In this context induced by the Paris’ Agreement and climate change mitigation targets, the bioenergy is being highlighted in the pathway to the decarbonization of our society. The work of this thesis concentrates on the perspectives of bioenergy development aiming to analyze the evolution of bioenergy production in view of policies, global exchange of biomass resources and the sustainable utilization of bioenergy in the long term in a context of decarbonization of societies. In terms of analysis, this thesis focuses also on the better implementation of bioenergy chain in our global energy system optimization model, TIAM-FR. This manuscript is structured in four chapters. The first chapter presents the actual position of bioenergy, bioenergy development strategy as well as the way how they are integrated into our modeling approach. The second chapter is dedicated to present the developments effectuated for the bioenergy chain in the model TIAM-FR. The third chapter shows our work regarding the evaluation of biomass resources potentials. Lastly, the role of bioenergy in the climate change mitigation context has been discussed at a global scale and by a focus on four Asian countries, China, India, Japan and South Korea.

Le changement climatique a pris une place considérable en constante augmentation dans l'actualité politique et médiatique, et contribue puissamment à reconfigurer le social et le politique. Décrit comme radicalement global, parce que les gaz à effet de serre émis dans une partie du monde affectent toute la planète, indétectable et ingérable sans l'appui des sciences naturelles, économiques et sociales, le changement climatique pose des questions fondamentales sur l'articulation des échelles et les relations sciences-politiques. Cette thèse s'intéresse à la façon dont le climat a été problématisé et " mis en politique " dans quatre contextes différents : au niveau global, c'est-à-dire dans le cadre des négociations onusiennes, à l'échelle européenne, en France et en Allemagne. En combinant des approches et outils de la sociologie des problèmes publics, des sciences politiques, et de l'étude des sciences et techniques, et en adoptant un regard à la fois historique et comparatif, elle s'attache à montrer comment le changement climatique a émergé comme thématique dans les contextes analysés, et comment des interprétations spécifiques du problème se sont imposées. Ces interprétations émergent de l'expertise scientifique et technique, mais aussi de l'interaction et de la compétition entre différents acteurs, qui essaient d'imposer leur vision du problème, et promouvoir des mesures spécifiques pour y faire face.

La planification urbaine stratégique en France se voit chargée de manière croissante des questions environnementale et climatique. Mais est-elle réellement capable d'infléchir les dynamiques d'étalement ainsi que de former un cadre efficace pour la réduction des émissions des transports ? Et que peuvent apporter l'analyse économique et la simulation prospective à la démarche de planification ? Pour y répondre nous avons replacé notre analyse de l'apport des outils économiques à la planification urbaine dans la perspective d'ensemble de réforme politique et administrative du contexte français. Cela a pris la forme d'une analyse critique de la pratique actuelle de la planification, des évolutions à l'œuvre et des conditions d'une meilleure intégration de l'analyse économique dans la démarche et les méthodes de planification. Nous avons construit et utilisé sur le cas de Grenoble, des outils d'analyse économique permettant de traiter la question des politiques climatiques locales dans la planification, d'une manière prospective et systémique. Il s'agit de la 1ère application du modèle de simulation urbanisme-transport TRANUS en France, et de son utilisation dans le cadre d'une méthodologie économique pour produire des courbes de coût d'abattement intégrant le caractère systémique de la ville pour le secteur des transports. Le modèle et la méthodologie économique qui lui est adossée constituent ce que nous appelons l'outil TRANUS+. Nous avons également réinterrogé plusieurs points à partir du cadre de la planification urbaine : la question du choix des outils de modélisation ainsi que celle des modalités du calcul économique, la question de la vulnérabilité énergétique liée à la mobilité, celle enfin du déploiement des véhicules électriques. Cela nous permet d'avoir une vision d'ensemble des apports de la planification et des voies pour la renforcer.

La plupart des exercices d’analyse de politiques climatiques ou énergétiques font appelà des modèles dits "d’évaluation intégrée" (MEIs). Ces modèles économie-énergie-climat sont des modèles numériques pluridisciplinaires destinés à étudier lesquestions liées au changement climatique et à sa gestion. Socles d’une accumulationde connaissance, ils ont une visée prospective et aident à traduire les débatsqualitatifs des instances de décisions nationales et internationales en un ensemble dedonnées quantitatives, scientifiquement vérifiables. Leur faible capacité à prendre encompte les incertitudes inhérentes à tout exercice de prospective mais aussi leur tropgrande complexité expliquent pourquoi ces MEIs sont si souvent décriés et leurutilisation remise en question.Ce constat a guidé nos travaux dont l’objectif était de contribuer à améliorer larobustesse des MEIs, afin de renforcer la pertinence de leur utilisation pour l’analysede l’impact de politiques économiques sur le climat-énergie. Nous avons d’abordexaminé comment ces modèles participent aux débats sur le changement climatique etcomment améliorer leur utilisation. Nous avons retracé la genèse de ces modèles etleur évolution et analysé les principales critiques qui leur sont adressées. Dans unsecond temps, nous nous sommes focalisés sur l’un des principaux reproches faits auxMEIs : le traitement de l’incertitude. Sur la base de ces analyses, nous avons mis enoeuvre une approche récente de traitement des problèmes d’incertitude paramétrique:l’optimisation robuste, méthode encore très peu utilisée dans le cadre d’étudesprospectives. / Energy-economy and energy-economy-environment models are widely used to assessenergy and climate policies. Developed during the last forty years, these models allowthe study of the interactions between the energy-transport system, the economy andthe climate system. These interactions are very complex as they involve linkages,feedback loops and delays that are not perfectly known and that take place over a longtime horizon.This complexity along with the large uncertainties weighing on the model parametersand main assumptions explain why the use of models in the policy debate, (where themodels address issues on climate change scenarios and on energy planning), is largelycriticized.Based on this observation, our work aimed primarily at increasing the robustness ofthese models, to reinforce the relevance of their use to evaluate economic policyimpacts. At first, we examine how these models should be used to contributeeffectively to the climate and energy policy analysis debate. We review the evolution ofthe modeling practice and question it, discussing its relevance. We then focus on theuncertainty treatment and on the basis of this review, we implement an alternativeway of considering parameter uncertainty when "modeling the future" using robustoptimization.

La planification urbaine stratégique en France se voit chargée de manière croissante des questions environnementale et climatique. Mais est-elle réellement capable d'infléchir les dynamiques d'étalement ainsi que de former un cadre efficace pour la réduction des émissions des transports ? Et que peuvent apporter l'analyse économique et la simulation prospective à la démarche de planification ? Pour y répondre nous avons replacé notre analyse de l'apport des outils économiques à la planification urbaine dans la perspective d'ensemble de réforme politique et administrative du contexte français. Cela a pris la forme d'une analyse critique de la pratique actuelle de la planification, des évolutions à l'œuvre et des conditions d'une meilleure intégration de l'analyse économique dans la démarche et les méthodes de planification. Nous avons construit et utilisé sur le cas de Grenoble, des outils d'analyse économique permettant de traiter la question des politiques climatiques locales dans la planification, d'une manière prospective et systémique. Il s'agit de la 1ère application du modèle de simulation urbanisme-transport TRANUS en France, et de son utilisation dans le cadre d'une méthodologie économique pour produire des courbes de coût d'abattement intégrant le caractère systémique de la ville pour le secteur des transports. Le modèle et la méthodologie économique qui lui est adossée constituent ce que nous appelons l'outil TRANUS+. Nous avons également réinterrogé plusieurs points à partir du cadre de la planification urbaine : la question du choix des outils de modélisation ainsi que celle des modalités du calcul économique, la question de la vulnérabilité énergétique liée à la mobilité, celle enfin du déploiement des véhicules électriques. Cela nous permet d'avoir une vision d'ensemble des apports de la planification et des voies pour la renforcer. / Strategic spatial planning in France is currently given a rising importance for environmental and climate issues. But is this tool really able to reduce urban sprawl and to produce a efficient framework for reducing transport emissions? And what can be the potential contributions to planning of economic analysis and prospective modelling? To answer this, we developed our study on the contribution of economic tools to planning into the global political and administrative reforms of France. We then produced a critical analysis of current planning practices and recent evolutions, and try to define the conditions for a better integration of economic analysis into planning processes and methods. For our case study (Grenoble urban area) we built and used economic tools able to inform local climate policies in the framework of urban planning. It is the first implementation of the land -use transport interaction model TRANUS in France, which was linked to an original economic methodology in order to produce marginal abatment cost curves useful at the urban level. This model and the methodology can take into account the systemic nature of cities and then help to define better transport policies: we call this tool TRANUS+. To have a more complete view of the urban planning question and the way to improve it, we investigated several issues from the perspective of planning: the choice of modelling tool and the role of cost-benefit analysis, energy poverty in the transport sector, electric vehicle deployement.

Cette thèse propose une approche quantitative intégrée pour l'analyse du rôle de la dimension spatiale de l'économie sur la demande énergétique des secteurs résidentiel et transports, ainsi que sur les émissions de carbone associées. L'approche comprend cinq étapes méthodologiques distinctes et consécutives. Après une méta-analyse des travaux économiques soulignant l'impact significatif de la structure spatiale sur la demande énergétique pour les transports (Chapitre 1), on développe et estime un modèle économétrique en coupe transversale sur la France afin d'explorer la nature causale de cet impact et d'en révéler les déterminants pour les deux secteurs, transports (Chapitre 2) et résidentiel (Chapitre 3). Ensuite, le cadre d'analyse économétrique est étendu pour intégrer la dimension longitudinale de la relation entre espace et énergie via l'effet de long terme des prix de l'immobilier sur la demande nationale de transports (Chapitre 4). L'identification d'un tel effet permet de dépasser les enjeux d'acceptabilité d'un espace entièrement planifié ainsi que ceux d'arbitrage entre bien-être individuel et maitrise des externalités négatives dues aux émissions de carbone. Enfin, l'ensemble des déterminants identifiés dans les étapes économétriques précédentes sont intégrés dans un cadre d'équilibre général calculable pour l'évaluation du potentiel de l'organisation spatiale en tant que levier additionnel de lutte contre le changement climatique (Chapitre 5). Les résultats concluent en faveur de la coordination de stratégies d'action diversifiées (axées sur les instruments de marché et/ou sur les interventions planifiées) pour l'atteinte d'objectifs énergie-climat à coûts maitrisés / This thesis develops an integrated framework to investigate the impact of the spatial dimension of the economy on the energy use from the transportation and buildings sectors, and on associated carbon emissions. The developed framework consists of five methodological steps based on econometric and quantitative approach. First, a meta-analysis is carried out to pool information across existing studies and yield new and preliminary economic insights. It is shown that spatial organization of economic activities and agents is significantly positively associated with the demand on energy for transport (Chapter 1). Next the causal impact of space on energy consumption is estimated using cross section data for the French households and further decomposed into specific determinants of the energy demand for both transport- (Chapter 2) and buildings- (Chapter 3) related activities. The econometric framework is then extended to account for the longitudinal (dynamic) dimension of the relation between space and sectoral energy use via the long-term impact of housing price on domestic transport demand (Chapter 4). Including information on housing price formation and dynamics allows encompassing broader welfare effects of spatial planning and policy than pure environmental ones. Finally, the set of determinants identified in the previous steps of the analysis are then embedded in a computable general equilibrium framework to assess the role of space and spatial planning as additional leverage to carbon pricing scheme for climate change control (Chapter 5). In the face of the energy and climate challenges ahead, this thesis quantitatively concludes in favor of taking broad and coordinated action. This comes down to identifying the available (market-based and/or regulatory) policy instruments and using them to achieve ambitious targets whilst driving down the cost of action