Cette thèse en économie de l'énergie et de l'environnement étend le modèle de Hotelling du type exploration-extraction avec contraintes géologiques d’Okullo, Reynes et Hofkes (2015), afin de prendre en compte des trajectoires en forme de cloche pour l’ajout de réserves empiriquement observées par Laherrère (2003). Le modèle LOGIMA proposé (Images à Long terme sur le Pétrole et le Gaz) explique qu’elles sont la conséquence de « sweet spots » géologiques : des zones privilégiées où la concentration d’hydrocarbures est la plus élevée. Le modèle LOGIMA a été calibré sur une base de données issues couvrant les sept principaux bassins de pétrole et de gaz non-conventionnels du pays. Les résultats indiquent que la nécessité d’apprentissage par la pratique pour découvrir l’emplacement des sweet spots conduit à une mise en œuvre d’un effort d’exploration également en forme de cloche, ce qui permet de réduire le risque des activités d’exploration. Par conséquent, la réponse en termes des volumes offerts par les producteurs à des chocs sur les prix dévient fonction de l’ensemble des ressources mondiales antérieurement découvertes. Ensuite, nous appliquons le modèle LOGIMA pour étudier l’impact causé par l’offre de pétrole et de gaz naturel « non-conventionnels » aux États-Unis, sur les efforts mondiaux d’atténuation du changement climatique. Nous y parvenons en associant les scénarios à long-terme générés par LOGIMA avec le modèle d’évaluation intégrée, IMACLIM-R. Cette étude analyse comment des différentes cibles de prix de pétrole affecteraient son offre aux États-Unis. Nous estimons cette interaction au moyen de trois cadres de politiques en matière de climat : le cadre « business as usual » (BAU), les contributions décidées à l’échelle nationale (NDC) et les scénarios de 2°C (2DS). Les résultats de l’exercice indiquent que les approvisionnements non-conventionnels sont fortement susceptibles d’affecter les marchés énergétiques mondiaux, mais leur impact sur les émissions mondiales de gaz à effet de serre serait limité, car les différents effets déclenchés dans des différents secteurs viendraient les équilibrer approximativement. / This thesis in energy and environmental economics extends the geological Hotelling-type extraction-exploration model from Okullo, Reynes and Hofkes (2015) in order to account for the bell-shaped reserve additions that were empirically observed by Laherrère (2003). The proposed model explains them as the result of geological “sweet spots”: premium areas within geological formations where the concentration of hydrocarbons is highest. The proposed theoretical formulation was programmed into the mathematical model LOGIMA – “Long-term Oil and Gas Images” – and calibrated on data covering the seven main unconventional oil and gas plays in the United States. Results indicate the need to learn the location of sweet spots through trial and error drillings leads to schedules of exploratory effort that allow the optimal “de-risking” of exploratory activities. As a result, the optimal response of producers to price shocks becomes contingent on the prevailing level of cumulative discoveries.We apply LOGIMA to investigate the impact, caused by the recent advent of large-scale supplies of unconventional oil and gas, in the United States, on the ongoing efforts to mitigate climate change. We do so by soft coupling long-term scenarios from LOGIMA with the integrated assessment model, IMACLIM-R, a recursive, computable general equilibrium model of integrated global energy, economy and environment systems. We analyze how different price targets, potentially pursued by the Organization of Petroleum Exporting Countries (OPEC), would affect supplies of unconventional oil and gas from the United States. We control this interplay under three climate policy frameworks: business as usual (BAU), nationally determined contributions (NDCs) and 2°C scenario (2DS). The results of the exercise show that, despite having a significant potential to affect global energy markets, unconventional oil and gas supplies would have a limited potential to affect global cumulative greenhouse gas emissions to 2040, as the different effects triggered in different sectors approximately balanced each other out.

The Peace River Valley (British Columbia, Canada) is an area of intensive unconventional oil and gas (UOG) exploitation, an activity that can release contaminants with possible adverse effects on the fetus. My project aimed to estimate the importance of this exposure. For this aim, we 1) measured concentrations of 21 trace elements in tap water and biological (hair, urine, nails) samples from 85 pregnant women in this region; 2) compared them with those from the general population and health-based guidance values; 3) assessed their correlations between matrices; and 4) evaluated their associations with the density and proximity of UOG wells (i.e., wells within radii of 2.5 km, 5 km, 10 km, and with all wells in British Columbia around residences). Spearman's rank correlation and multiple linear regression analyses adjusted covariates were performed. Our results showed higher urinary and hair levels of certain trace elements compared to reference populations (e.g., Co, Ba, Sr, Mn, V, Ga). Concentrations in tap water correlated strongest with concentrations in hair, followed by nails and urine. Positive (e.g., Al, Mn, Cu, Ga, Cd, Ba, Cr, Sr, U) and negative (e.g., Fe) associations were observed between the density and proximity of UOG wells and the concentrations of certain trace elements in tap water, hair, and nails. Our results suggest that pregnant women living in an active area of UOG exploitation are likely to be more exposed to certain trace elements than the general population, but the association with density and proximity to wells remains uncertain. / La vallée de la rivière de la Paix (Colombie-Britannique, Canada) est une zone d’exploitation de pétrole et de gaz naturel par méthodes non-conventionnelles (PGNNC), une activité qui est susceptible de libérer des contaminants avec des effets nocifs possibles sur le foetus. Mon projet visait à estimer l’importance de cette exposition. À cette fin, nous avons 1) mesuré les concentrations de 21 éléments traces dans des échantillons de cheveux, d'ongles, d'urine et d'eau du robinet de 85 femmes enceintes de cette région, 2) comparé celles-ci avec celles de la population générale et des valeurs-guides, 3) évalué leur corrélation entre matrices et 4) évalué leur association avec la densité et proximité des puits (mesures pour des rayons de 2,5 km, 5 km, 10 km, et sans limite autour des résidences). Des analyses de corrélation de Spearman et de régression linéaire multiple ajustées pour certaines variables ont été effectuées. Les concentrations urinaires et capillaires étaient plus élevées pour certains éléments traces par rapport aux populations de référence (p. ex. Co, Ba, Sr, Mn, V, Ga). Les concentrations dans l'eau du robinet étaient plus fortement corrélées avec les concentrations dans les cheveux, suivis des ongles et de l'urine. Des associations positives (p. ex. Al, Mn, Cu, Ga, Cd, Ba, Cr, Sr, U) et négatives (p. ex. Fe) ont été observées entre la densité/proximité des puits de PGNNC et les concentrations de certains éléments traces dans les échantillons d'eau, de cheveux et d’ongles. Nos résultats portent à croire que les femmes enceintes vivant dans une zone active de PGNNC sont susceptibles d’être plus exposées à certains éléments traces que la population générale, mais le lien avec la densité et la proximité des puits demeure incertain.