Ce mémoire rassemble différents travaux sur les quotas d'émissions échangeables. J'ai abordé ce thème en octobre 1999, après avoir étudié l'économie des déchets ménagers lors de mon DEA, puis l'impact sur l'emploi des politiques environnementales dans le cadre de ma thèse de doctorat. A cette époque, l'importance de cette question avait été en quelque sorte consacrée par le Protocole de Kyoto mais celui-ci n'avait encore été ratifié par aucun pays développé et la perspective d'une mise en place de quotas d'émissions échangeables en Europe apparaissait lointaine au vu des critiques alors exprimées à l'encontre de ce mécanisme par de nombreux dirigeants et représentants des parties prenantes en Europe (Hourcade, 2000). Quelques mois plus tard, en février 2000, la Commission européenne (2000) lançait pourtant, à travers un livre Vert, le processus qui allait aboutir en 2005 à la mise en place du premier système de quotas d'émissions échangeables de gaz à effet de serre significatif1 dans le monde. J'ai donc eu l'opportunité de poursuivre une recherche sur un thème en constante évolution, marqué par l'apparition progressive de controverses et par des prises de positions marquées, quoi que parfois évolutives, de la part des différents acteurs impliqués. Dans la rédaction de ce document, j'ai privilégié la cohérence thématique aux dépens de l'exhaustivité. Autrement dit, j'ai laissé de côté celles de mes publications qui ne portent pas sur les quotas d'émission échangeables. Il s'agit en particulier de mes travaux les plus anciens, mais aussi de ceux que j'ai menés sur la variabilité climatique et l'agriculture en Afrique (Blanc et al., 2008, Berg et al., 2009, Leblois et Quirion, 2010, Roudier et al., 2011a, 2011b, Sultan et al., 2009), sur les politiques d'économie d'énergie (Giraudet et Quirion, 2008, Giraudet et al., 2011a, 2011b, Quirion et Hamdi-Cherif, 2007). De même, je n'aborde que rapidement certains travaux sur la compétitivité et les fuites de carbone (Demailly et Quirion, 2006, 2008a, 2008b, Monjon et Quirion, 2010, 2011a, 2011b, Quirion, 2007, 2009). Au contraire des politiques de protection de l'environnement plus traditionnelles (réglementations, taxes, subventions...), les systèmes de quotas d'émission échangeables ont été inventés par des économistes : Crocker (1966), qui discute de leur application à la pollution de l'air, et Dales (1968) qui propose cet instrument pour limiter la pollution de l'eau. Peut-être pour cette raison, ces systèmes ont fait l'objet d'une grande attention de la part des économistes, comme en témoigne l'impressionnante bibliographie établie par Tietenberg (2008), qui comprend plusieurs centaines de références. On pourrait donc penser que la décision de choisir cette politique de limitation des émissions de gaz à effet de serre, plutôt 1 J'écris "significatif" parce que le Danemark et le Royaume-Uni, ainsi que les firmes Shell et BP, avaient lancé auparavant leurs propres systèmes, d'ampleur beaucoup modeste, et qui ont pris fin depuis ; Cf. Boemare et Quirion (2002) pour une présentation comparée de ces systèmes. Voir aussi Convery (2009) pour un historique du processus qui a conduit au système de quotas européen. 6 qu'une taxe en particulier, découle de l'analyse économique, et qu'il en est de même des choix essentiels en matière de mise en oeuvre du système européen de quotas échangeables. La réalité est tout autre. Premièrement, les travaux consacrés par les économistes au choix entre taxes et quotas pour limiter les émissions de gaz à effet de serre concluent très majoritairement en faveur des premières. Deuxièmement, une fois le choix fait en faveur d'un système de quotas échangeables, l'un des éléments clés dans la mise en place de ce système en Europe, à savoir le choix entre un plafond d'émission absolu ou proportionnel à la production, a été décidé indépendamment de toute analyse économique. Troisièmement, bien que la question de la "compétitivité" et celle des "fuites de carbone" aient occupé une place centrale dans les débats sur la mise en oeuvre puis sur la révision du système de quotas européen, la solution retenue (la distribution gratuite de quotas, indépendamment de la production courante mais en lien avec les capacités de production) ne découle pas d'une analyse économique approfondie. Ce document synthétise mes principales contributions à ces trois questions : le choix entre taxe et quotas (chapitre 1), celui entre objectifs d'émission absolus et proportionnels à la production (chapitre 2) et celui de l'arbitrage entre le maintien de la compétitivité, l'efficacité économique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre (chapitre 3). Enfin, dans le chapitre 4, je discute de la manière dont les quotas échangeables de gaz à effet de serre pourraient s'étendre aux pays en développement, en commençant par une approche sectorielle limitée au secteur électrique. Une grande partie de ce mémoire se base sur des travaux publiés : Quirion (2010a) pour la section 1.2, Quirion (2004) pour la section 1.3, Quirion (2005) pour le chapitre 2, Quirion (2010c) pour la section 3.1, Demailly et Quirion (2008d) pour la section 3.2 et Hamdi-Cherif et al. (2011a, 2011b) pour le chapitre 4.

Cette thèse contribue à la réflexion sur les politiques économiques de transport durable pour les voyageurs en zone urbaine. L'intérêt est d'utiliser les instruments de l'économie de l'environnement et de les appliquer à l'économie des transports. La comparaison du péage urbain et du système de permis d'émissions négociables (PEN) est au cœur de la thèse. Une première partie présente l'état des connaissances et une seconde est consacrée au développement de modèles microéconomiques. Par la première approche, nous dressons un bilan sur l'efficacité, les expériences, la pertinence des modélisations des deux outils, et les mettons en parallèle. L'objectif de la première partie est de déterminer si un outil est plus efficace que l'autre pour accéder à une mobilité durable. Il apparaît que d'un point de vue théorique, aucun instrument ne domine l'autre. La seconde partie est axée sur la modélisation. Nous apportons des extensions au modèle de file d'attente classique afin que l'outil du péage urbain soit mieux adapté à la problématique de transport durable. Le coût environnemental de l'automobile et l'intégration d'une politique modale incitative constituent nos deux apports. Ensuite, nous développons une modélisation originale du système de PEN pour les automobilistes d'une ville. Les résultats de nos modélisations, complétées par des simulations numériques, montrent la faisabilité et l'efficacité des deux instruments. Il faut souligner le rôle important de certaines variables, dont la valeur du temps, les coûts fixes des transports collectifs et la connaissance du dommage environnemental, qui influencent la réussite de ces outils.

L'objet de cette thèse est l'analyse des règles de fonctionnement du marché européen du carbone (EU ETS) sur la période 2005-2007. Nous menons une analyse théorique et empirique sur le rôle du stockage et de l'emprunt de quotas, les fondamentaux du prix et les stratégies de gestion des risques, en lien avec l'introduction de quotas échangeables pour couvrir les émissions de CO2 d'environ 10,600 installations en Europe.<br /><br />Un premier Chapitre détaille les effets économiques et environnementaux attendus des mécanismes de stockage et d'emprunt de quotas sur un marché de permis d'émissions négociables. Plus spécifiquement, vis-à-vis des provisions adoptées dans l'EU ETS, nous étudions les effets de la restriction du transfert de quotas stockés ou empruntés entre les Phases I et II sur les changements de prix du CO2. Nous montrons statistiquement que les bas niveaux de prix du CO2 enregistrés jusqu'à la fin de la Phase I sont expliqués par la restriction du transfert de quotas inter-périodes, au-delà des principales explications proposées par les observateurs de marché.<br /><br />Un deuxième Chapitre développe une étude originale des fondamentaux du prix du carbone, introduit depuis le 1er Janvier 2005 en Europe. Nous soulignons le role central joué par l'évènement annuel de conformité 2005 imposé par la Commission Européenne, qui sert de révélateur des positions nettes courtes/longues des installations en quotas par rapport à leurs émissions vérifiées. Le résultat principal de cette étude met en évidence le fait que les fondamentaux du prix du CO2 liés aux marchés des énergies et aux évènements climatiques non-anticipés varient en fonction des évènements institutionnels. Par ailleurs, nous montrons l'influence de la variation de la production industrielle dans trois secteurs couverts par l'EU ETS sur les changements de prix du CO2 en menant une analyse par décomposition, étendue par pays.<br /><br />Un troisième Chapitre s'intéresse aux stratégies de gestion des risques liés à la détention de quotas de CO2. Nous proposons une méthode utilisée sur les marchés d'action pour recouvrer les changements dans l'aversion au risque moyenne des investisseurs. Cette étude indique que, sur la période considérée, l'aversion au risque est plus élevée sur le marché du carbone que sur les marchés d'action, et que le risque est lié à une structure de prix strictements croissants après l'évènement de conformité 2006. En lien avec le Chapitre 1, nous évaluons enfin comment le stockage de quotas peut être utilisé comme un outil de gestion des risques, pour faire face à l'incertitude politique sur un marché de quotas. Nous détaillons une règle optimale de partage des risques, et discutons du principe de mutualisation du risque lié à l'échange de quotas quotas entre agents.<br /><br />Nos travaux témoignent des difficultés rencontrées suite à la création du marché européen du carbone pour atteindre un signal prix cohérent avec des réductions d'émissions effectives par les industriels. Cependant, dans un contexte institutionnel mouvant, ces inefficiences ne semblent pas avoir été reportées vers la période 2008-2012.