Thèse Année : 2013

Importance of spatially explicit and farm-based modelling in designing and assessing agri-environmental policies : Application to bioenergy crops production and biodiversity issues.

La spatialisation dans les modèles micro-économiques d'offre agricole pour l'analyse des politiques environnementales : Application aux cas de la biodiversité et de la biomasse-énergie.

Laure Bamière

Résumé

This thesis tackles the difficulty of designing public policies that allow for an effective spatial distribution of agricultural activities from an environmental point of view, in the fields of the production of biomass for energy purposes and the conservation of biodiversity. The models developed herein to design and assess such policies account for changes in agricultural activities and practices as well as their location. This achieved by considering spatial features, decision making at the farm level, and detailed modelling of farming systems.In the first part, we place ourselves upstream from policy design so as to determine if lignocellulosic biomass production complies with sustainability criteria or if there is a need to implement a policy to do so. We have developed a spatially-explicit regional supply model with a county sub-level for agricultural and forest lignocellulosic biomass. Spatial aspects are accounted for in terms of agropedoclimatic context as well as transportation distances and costs from counties to bioenergy facilities. We have applied this modelling approach to the case of the French Champagne-Ardenne region, to analyse biomass supply and its impacts when facing an increased demand for lignocellulosic feedstock. Our results highlight the potentially problematic competition for the most fertile agricultural land between food and energy crops. This could lead to both land-use competition issues similar to those observed for the production of first generation biofuels and non-compliance to the sustainability criteria laid out in the EU Directive on Renewable Energy Sources (2009-28-CE).In the second part, we address the issue of designing a cost-effective agri-environmental policy which generates a non-agregated spatial distribution of fields enrolled in a programme aimed at Tetrax tetrax conservation in the Plaine de Niort, France. We have developed a spatially explicit and detailed farm-based optimization model that accounts for the agropedoclimatic context as well as the relationships between the field, farm and landscape levels. Moreover the model is coupled with a relevant spatial pattern index. We compare the budgetary cost and effectiveness of different policy instruments. Our results show that i) a uniform subsidy is not effective; ii) an auction scheme reduces public expenditures almost by half, but without improving the spatial pattern; while iii) an agglomeration malus is effective in terms of spatial pattern, for a cost equivalent to the cost of the uniform subsidy.Treating both the spatial aspects and decision-making at the farm level in mathematical programming models makes it possible, on the one hand, to more accurately assess compliance costs and, on the other hand, to highlight and analyse the tradeoffs between the cost and the environmental effectiveness of public policies. This modelling approach therefore provides the means to better design and assess environmental policies in the agricultural sector.

Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la problématique générale de l'élaboration de politiques publiques permettant une répartition spatiale des activités agricoles efficace du point de vue environnemental, dans les domaines de la protection de la biodiversité et de la production de biomasse-énergie. Les modèles que nous avons construits pour concevoir et évaluer de telles politiques permettent de rendre compte des changements d'activités et pratiques agricoles et de leur localisation. Cela nécessite de prendre en compte à la fois les aspects spatiaux, la prise de décision au niveau des exploitations agricoles et une modélisation fine des systèmes d'exploitationDans la première partie de la thèse, nous nous plaçons en amont de la conception d'une politique publique et nous essayons de déterminer si la production de biomasse-énergie peut se faire de manière durable sans intervention, ou s'il est nécessaire de mettre en oeuvre une politique publique pour respecter les critères de durabilité. Nous développons un modèle régional d'offre de biomasse agricole et forestière, spatialement explicite et à maille cantonale. Les aspects spatiaux y sont abordés à la fois par la prise en compte du contexte agro-pédo-climatique et des distances et coûts de transport entre les lieux de production et d'utilisation de la biomasse. Nous appliquons le modèle à la région Champagne-Ardenne pour analyser l'offre de biomasse et les impacts de sa production, face à une demande accrue. Les résultats mettent en évidence la compétition, potentiellement problématique, entre cultures alimentaires et énergétiques sur les terres les plus fertiles. Ceci risque d'engendrer une concurrence similaire à celle observée pour la production des biocarburants de 1ère génération, et de conduire au non respect des critères de durabilité de la Directive sur les énergies renouvelables (2009-28-CE).Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous penchons sur la conception d'une politique agri-environnementale coût-efficace, qui génère une configuration spatiale non-agrégée des parcelles contractualisées, adaptée à la conservation de l'Outarde Canepetière dans la Plaine de Niort. Nous développons un modèle associant une représentation fine des systèmes d'exploitation à une approche spatialement explicite, basée sur la prise en compte du contexte agro-pédo-climatique, des interactions entre les échelles parcelles, exploitation et paysage, ainsi que sur le calcul d'un indicateur spatial. Nous comparons, entre autres, le coût budgétaire et l'efficacité de différents instruments incitatifs. Nous montrons i) qu'une subvention uniforme n'est pas efficace d'un point de vue conservation ; ii) qu'une enchère permet de diminuer le coût de la mesure de 50% par rapport à la subvention, mais sans améliorer la configuration spatiale ; iii) tandis qu'une subvention couplée à un malus à l'agglomération est efficace en terme de configuration spatiale, pour un coût équivalent à celui de la subvention uniforme.La prise en compte simultanée, dans les modèles de programmation mathématique, de la dimension spatiale et de la prise de décision au niveau des exploitations agricoles permet d'une part d'évaluer finement les coûts et, d'autre part, de mettre en évidence et d'étudier des arbitrages entre coûts et efficacité environnementale des politiques publiques. Ainsi, cette approche permet d'éclairer la conception et l'évaluation des politiques agri-environnementales dans le secteur agricole.

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Citer

Laure Bamière. La spatialisation dans les modèles micro-économiques d'offre agricole pour l'analyse des politiques environnementales : Application aux cas de la biodiversité et de la biomasse-énergie.. Economies et finances. AgroParisTech, 2013. Français. ⟨NNT : 2013AGPT0083⟩. ⟨tel-05186813⟩
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