Cette thèse a pour objet le développement d'un module d'utilisation des sols compatible avec le modèle NEMESIS, qui est un modèle économique détaillé de l'Union Européenne. Cette thèse a également pour objectif d'utiliser conjointement le modèle NEMESIS et le module d'allocation des sols pour analyser les effets de plusieurs politiques européennes et notamment leurs impacts sur l'économie et l'utilisation des sols. Le premier chapitre décrit d'une part la construction de la base de données d'utilisation des sols et d'autre part, explique le développement du module d'allocation des sols au niveau des États de l'Union Européenne, en utilisant des fonctions d'offre et de demande de terre agricole et un modèle d'expansion des terres urbaines. Le second chapitre traite, au travers de deux applications, du problème de la construction de scénarios en modélisation appliquée. Un premier scénario, construit suivant une approche dite tendancielle, est présenté de façon détaillée et analysé. Ce scénario sert également de référence pour les évaluations des politiques européennes. Une seconde application propose quatre scénarios élaborés suivant une approche dite " imaginative", c'est-à-dire en imaginant différentes possibilités d'évolution contrastée des principales variables motrices de la croissance économiques. Le troisième chapitre présente la construction et le fonctionnement d'une combinaison de différents modèles ou " chaîne de modèles ". Celle-ci sera utilisée pour l'évaluation économique et environnementale d'une politique de libéralisation de l'agriculture européenne avec ré-allocation des fonds aux contribuables ou à l'aide à la recherche et développement. Cette " chaîne de modèles " combinele modèle NEMESIS avec un modèle agricole détaillé (CAPRI), un modèle de gestion des forêts (EFISCEN )et un modèle détaillé d'allocation des sols (Dyna-CLUE). Enfin le dernier, et quatrième chapitre, présente, après la construction d'indicateurs sur l'utilisation des nutriments dans l'agriculture, l'évaluation des conséquences économiques de deux politiques européennes : d'une part, une politique de biodiversité caractérisée par l'augmentation des forêts protégées ou par une production agricole extensive et d'autre part une politique de soutien au développement des biocarburants au niveau européen.

Background : The sources and the epidemiology of Campylobacter jejuni (CJ) in environmental water are not well understood. We developed a spatial analysis methodology able to identify the main environmental factors predicting the presence and quantity of Campylobacter in river water. Methods : For two years, water samples were collected weekly and scanned for CJ and fecal coliforms at 32 sampling sites of Estrie hydrographic network, Québec. The quantity of CJ in water was estimated using the Most Probable Number method (MPN). The 32 sampling sites were linked to their catchment area; 10 of them were excluded from the analysis, because their hydrographic basin was not independent from the other sites. For each site, the following environmental variables were included: Water flow, slope, land-cover, land-use including type of farming, animal density, total precipitation in the 3 days prior to water sampling. A stepwise multivariate regression was realized across the different analysis windows to define the size of the area upstream from the sampling sites (from 1.5 to 24 km) which was the most closely associated with the mean quantity of CJ, and which environmental factors were associated with a higher mean quantity of CJ in water. Results : Preliminary results show that an area defined by a radius of 14 km upstream of the sample site was the most contributing zone for the bacteria (r2=0.38, p=0.002). Within this 14 km area, the only significant variable associated with a higher mean quantity of CJ was bovine density (p=0.002). When analyzing the data within a 120 m buffer zone across 14 km upstream of the sampling sites (r2=0.40, p=0.001), the only significant variable associated with a higher mean quantity of CJ was the percentage of agricultural surface (p=0.001). Conclusions : These results suggest a strong implication of bovine density in conjunction with crops and associated manure spreading on the quantity of CJ in environmental water.

Cette thèse a pour objet le développement d’un module d’utilisation des sols compatible avec le modèle NEMESIS, qui est un modèle économique détaillé de l’Union Européenne. Cette thèse a également pour objectif d’utiliser conjointement le modèle NEMESIS et le module d’allocation des sols pour analyser les effets de plusieurs politiques européennes et notamment leurs impacts sur l’économie et l’utilisation des sols. Le premier chapitre décrit d’une part la construction de la base de données d’utilisation des sols et d’autre part, explique le développement du module d’allocation des sols au niveau des États de l’Union Européenne, en utilisant des fonctions d’offre et de demande de terre agricole et un modèle d’expansion des terres urbaines. Le second chapitre traite, au travers de deux applications, du problème de la construction de scénarios en modélisation appliquée. Un premier scénario, construit suivant une approche dite tendancielle, est présenté de façon détaillée et analysé. Ce scénario sert également de référence pour les évaluations des politiques européennes. Une seconde application propose quatre scénarios élaborés suivant une approche dite « imaginative», c’est-à-dire en imaginant différentes possibilités d’évolution contrastée des principales variables motrices de la croissance économiques. Le troisième chapitre présente la construction et le fonctionnement d’une combinaison de différents modèles ou « chaîne de modèles ». Celle-ci sera utilisée pour l’évaluation économique et environnementale d’une politique de libéralisation de l’agriculture européenne avec ré-allocation des fonds aux contribuables ou à l’aide à la recherche et développement. Cette « chaîne de modèles » combinele modèle NEMESIS avec un modèle agricole détaillé (CAPRI), un modèle de gestion des forêts (EFISCEN )et un modèle détaillé d’allocation des sols (Dyna-CLUE). Enfin le dernier, et quatrième chapitre, présente, après la construction d’indicateurs sur l’utilisation des nutriments dans l’agriculture, l’évaluation des conséquences économiques de deux politiques européennes : d’une part, une politique de biodiversité caractérisée par l’augmentation des forêts protégées ou par une production agricole extensive et d’autre part une politique de soutien au développement des biocarburants au niveau européen. / This thesis aims to develop a land use module for the applied economic model NEMESIS which is a detailed model for European Union. This dissertation also proposes the use of the land use module with the NEMESIS model in order to analyse the effects of European policies especially their economic and land use impact. The first chapter describes, on one hand, the construction of a database on land use and, on another hand, explain the development of a land use module for the EU countries by using agricultural land supply and demand but also an modelling of urban land use. The second chapter regards, using two applications, the problem of scenario construction in applied modelling. A first scenario, constructed with an extrapolating approach, is presented and analysed. This scenario is also used as reference scenario for the assessment of European policies. A second application shows four scenario developed using an imaginative approach i.e. assuming different possibilities for the future change in main drivers. The third chapter presents and describes the functioning of four linked models which is used for the economic and environmental assessment of a European agriculture liberalisation with re-allocation of released funds either by consumer tax rebate or a subsidy to R&D investments. The linked models included (i) the NEMESIS model, (ii) the CAPRI model a detailed agricultural model, (iii) the EFISCEN model, a forest resource management model and(iv) the Dyna-CLUE model, a detailed model for land use allocation. Finally, the last chapter presents, after the construction of indicators about nutrient use in agriculture, the economic assessment of two European policies: firstly, a biodiversity conservation policy in forest area or in agricultural land and secondly a biofuel development policy at European level.

Cette thèse analyse à la fois théoriquement et empiriquement certaines des questions qui se posent lors de l'utilisation de politiques environnementales dans le secteur agricole, en situation de commerce. Dans une première partie, l'attention est portée sur la biodiversité des cultures, reconnue pour stabiliser la productivité agricole sous différentes conditions environnementales. Le chapitre II confirme empiriquement cet impact positif en utilisant une large base de données sur l'agriculture sud-africaine. Il montre aussi que la biodiversité peut réduire l'exposition des agriculteurs aux risques de production, en particulier ceux à la baisse. La biodiversité des cultures pourrait donc être partie intégrante de politiques agricoles durables. Néanmoins, les interactions entre les effets de cette biodiversité, les politiques environnementales et le commerce sont complexes. En effet, la spécialisation induite par le commerce s'oppose à la biodiversité en réduisant le nombre d'espèces cultivées. La biodiversité influe positivement sur les niveaux de production, entre autre, en améliorant la résistance aux ravageurs. Pour faire face à des attaques plus fréquentes, les agriculteurs utilisent des pesticides. Mais ces derniers ont des impacts négatifs sur l'environnement et la santé humaine et leur utilisation est donc réglementée. Une politique environnementale concernant les pesticides peut ainsi avoir un aspect stratégique: autoriser l'utilisation de plus de pesticides peut permettre de gagner en compétitivité. Le chapitre III représente ces interactions dans un modèle ricardien de commerce. Il montre que, parce que les effets NIMBY sont plus importants que les impacts stratégiques, la politique environnementale est plus stricte en situation de commerce qu'en autarcie. De ce fait, la volatilité de la production agricole est généralement plus élevée en commerce. Cela pourrait en partie expliquer la volatilité de fond observée sur les marchés agricoles, historiquement plus volatiles que ceux des produits manufacturés. Dans une deuxième partie de la thèse, le chapitre IV illustre les effets de fuite que peuvent engendres des politiques environnementales mises en oeuvre unilatéralement. Un modèle d'équilibre général calculable est utilisé pour quantifier les impacts indirects sur l'environnement à l'échelle mondiale d'un accroissement des surfaces dédiées à l'agriculture biologique en Europe. L'agriculture biologique est connue pour ses bénéfices locaux sur l'environnement mais ses rendements sont inférieurs de 25% en moyenne à ceux de l'agriculture conventionnelle. Nous calibrons les technologies de production de l'agriculture biologique avec des données micro-fondées et trouvons qu'utiliser ces techniques sur 20% des surfaces européennes consacrées au mais, colza, tournesol et blé conduit à un choc de productivité négatif. Ce choc a des conséquences sur les marchés mondiaux et induit des déplacements d'offre et de demande. Les changements d'utilisation des sols résultants sont évalués, ainsi que les changements en termes d'émissions de gaz à effet de serre, d'utilisation d'intrants et de biodiversité. Les effets indirects négatifs sur l'environnement semblent limités, sauf en ce qui concerne les émissions de gaz à effet de serre. En ce qui concerne l'utilisation d'intrants et la biodiversité, les résultats montrent que les effets indirects méritent d'être pris en compte dans les analyses de cycle de vie. Ces résultats ne doivent pas être utilisés pour pointer du doigt l'agriculture biologique, mais ils soulèvent quelques questions, en particulier sur la nécessité d'effectuer des analyses d'impact de façon plus systématique, y compris pour les politiques environnementales, et l'importance de la recherche et développement mais également des politiques publiques pour lever les obstacles techniques et économiques à l'augmentation des rendements en agriculture biologique. / This thesis analyses both theoretically and empirically some of the issues that emerge when applying environmental policies to the agricultural sector in a trade context. In a first part, focus is on crop biodiversity, which is known to maintain agricultural productivity under a large range of environmental conditions. Chapter II empirically confirms this positive impact using a large dataset on South African agriculture. It also shows that biodiversity can reduce the exposure of farmers to production risks and downside risks. At a first glance, crop biodiversity could therefore be integrated in sustainable agricultural policies. Nevertheless, interactions between crop biodiversity effects, environmental policies and trade are complex. Indeed, specialisation induced by trade plays against biodiversity: the composition effect of trade, following comparative advantages, tends to reduce the number of crops cultivated by a given country. One of the mechanisms through which crop biodiversity improves production stability is by participating in the resilience to pests. Then, to face higher pest attacks, farmers use pesticides. But since pesticides harm environment and human health, governments regulate their use. An environmental policy on pesticides can thus have a strategic aspect: allowing the use of more pesticides can lead to gain larger agricultural market shares. Chapter III represents these interactions in a ricardian trade model. It shows that, because not in my backyard effects are larger than strategic impacts, the optimal environmental policy is more stringent under trade than under autarky. Furthermore, because of this stringency, production volatility is generally higher under trade. This could explain part of the background volatility observed on agricultural markets, which have been historically more volatile than those of manufactured products. In a second part of the thesis, chapter IV illustrates the possible leakage effects of environmental policies implemented unilaterally. A computable general equilibrium model is used to quantify the indirect global environmental impacts of a greening of European agriculture through a large shift to organic farming. Organic farming is known for its local environmental benefits, especially on water and soil quality, biodiversity and greenhouse gas emissions. However, organic yields are on average 25% lower than those of conventional farming. We calibrate organic production technologies using micro-level data and find that using organic production techniques on 20% of the European area cultivated with maize, rapeseed, sunflower and wheat results in a large negative productivity shock. This shock affects global markets and induces production and demand displacements, unless the yield gap is reduced. The resulting land use changes are assessed, as well as the corresponding changes in greenhouse gas emissions, chemical inputs use and biodiversity. The negative indirect effects on the environment appear limited compared to the local benefits of adopting greener forms of agriculture in the EU. However, in the case of greenhouse gases, the indirect emissions more than offset the local benefits of organic agriculture. In the case of chemical pollution and biodiversity, results show that indirect effects deserve to be accounted for in life cycle analyses. These findings should not be used to point a finger on organic farming, a large variety of policies and consumption patterns have greater land use change impacts. Nevertheless, they rise some issues, especially on the need for more systematic sustainability assessments, even for environmental polices, the importance of research and development in organic farming to reduce yield gaps and of public policies to help to remove economic factors that could limit the increase of organic yields, such as the relative cost of production factors.