Les modèles de prospective entre Capitole et Roche Tarpéienne: vers la fin d'un dialogue - Conseil Français de l ...
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Les modèles de prospective entre Capitole
et Roche Tarpéienne: vers la fin d’un dialogue
de sourds entre économistes et ingénieurs?
Jean-Charles Hourcade1. Un bout d’histoire des temps
présentsLe passé en traits caricaturaux
• 1950-1970 – l’ambition de la prédiction et le
paradigme de l’optimisation
• 1973-1985 – échecs des prédictions économiques et
succès des modèles d’ingénieurs
• 1985-2000 - la ‘revanche’ inachevée des modèles
économiques
• 2000 -> vers des modèles hybrides?
EPE - 6 décembre 2004Les enjeux du débat “Bottom-up / Top Down” • La demande: trends exponentiels versus logistiques: quel découplage E/PIB? • Existe-il des potentiels sans-regret dans le passage EU – EF? • Quelle place pour des politiques « non prix »? • «Equilibre partiel» versus « Equilibre général »: équilibre des comptes extérieurs, compétitivité industrielle, contraintes de financement, dynamiques de la R&D
Les bonnes (et désagréables) questions des
économistes
• Découplage E/PIB:
– saturations des besoins ou empilement de fonctions
logistiques?
– la question de la mobilité)
• Potentiels sans-regret
– Les gens sont-ils si irrationnels?
– cherchez les coûts de transaction
• Politiques « non prix » entre règne de l’arbitraire et
illusion de la gratuité
• Les projections sectorielles peuvent ne
correspondre à aucune économie plausibleDes réponses pas toujours à la hauteur
• Points forts
– la prise en compte des interdépendances
– les écarts coûts techniques/coûts en bien-être, coût privé
ressenti/coûts sociaux
– la révélation des fausses gratuités
• Points faibles
– les malentendus autour de la notion d’équilibre
– description des comportements de consommation et de
choix techniques
– des changements structurels svt exogènes
– des sentiers de croissance équilibrés qui masquent
• les suboptimalités du scénario de référence
• les coûts de transitionUne version peu contestable de l’EG : équilibre
des flux et ‘conservation de la masse’
Ressources
(structure de coût)
Emplois
(marchés) Matrice IO C G I X
L
PIB = VA + (X-M)
K ⇒ croissance ?
(CCF/Π ?)
Balances : X-M = S-I
M ⇒ flux de Kx ?
EPE - 6 décembre 2004Quand les choses se gâtent: hazards historiques et dérives
sémantiques
• au départ (Chenery et al), un simple outil (bien utile)
– de prise en compte de la cohérence des flux en valeur
– De statique comparative pour les PED
• Critique des modèles keynésiens et recherche de
fondements micro aux modèles macro
• Diffusion des micro-ordinateurs, du logiciel Gams … quand
la théorie pure enfin s’incarne! Et qu’on peut oublier la
querelle des deux Cambridge (1955 – 1979)
• Vers une interprétation ‘orthodoxe’ (équilibres de premier
rang sur un sentier en âge d’or) techniquement bien
commodeDes comportements ‘bien élevés’ qui facilitent
les calculs mais pas le dialogue
– Des approximations au voisinage d’un sentier ‘optimal’: vive le
lemme de Shephard et l’identité de Roy!
– Fonctions de production: substituabilité et « cost shares » …
quand les ingénieurs ont raison d’être sceptiques
– Fonctions demande sans effets d’induction (pb. des transports)
– Pilotage du système par les seuls « prix relatifs »
– Balance Commerciale (BC)
• Commerce international: fonctions d’Armington, pas de coûts de
transport
• équilibrage mécanique par des flux de capitaux (FC); pas
d’hypothèses comportementales
EPE - 6 décembre 2004Le lemme de Shepard dans le cas d’une
Cobb-Douglas
• Comment on passe de
Q = k ⋅ K α ⋅ Lβ ⋅ E γ
α β γ
γ ⎛ Pk ⎞ s ⎛ PL ⎞ s ⎛ PE ⎞ s 1s − 1s
• À E (Q ) = ⎜ ⎟ ⋅ ⎜ ⎟ ⋅⎜ ⎟ ⋅Q ⋅ k
Pe ⎝ α ⎠ ⎝ β ⎠ ⎝γ ⎠
Pe E γ
• Et à =
C (Q ) α + β + γFonction translog (Jorgenson-Law-Christensen,
1971) … pourquoi l’EPA l’aimait bien
N
pi Ei
= α i + ∑ α ij ln p j + β i ln Q
( )
ur
C p ⋅Q j =1
•Un comportement très pratique pour qui veut des stratégies
agressives de découplage
•Mais qui peut amener à transgresser les lois de la
thermodynamiqueDes fonctions de production aux frontières
d’innovation?
Factor 1 pt
pt+n
ft
•
ft+n
΄
pt+n
•
IPFt
΄
ft+n
• pt
IPFt+n
Factor 2
pt+n p΄t+n
Int. workshop on hybrid modelling – Paris, April 20-21 2005Des coefficients ‘calés’ ou déterminés
économétriquement?
• La ‘révolution Granger’: une capacité prédictive au prix de
liaisons causales adossées sur la théorie
• Demande Marshallienne vs demande Hicksienne : quand
on n’observe pas ce qu’il faudrait observer
• Le théorème Debreu-Mantel-Sonnenschein : quand
l’équilibre général brouille le jeu
• Vous êtes sûrs d’avoir tous les prix qu’il faut dans votre
modèle économétrique?
• Et si l’évolution des prix de l’énergie n’était que du bruit ?Trajectoire des prix du pétrole; une volatilité qui
ne doit rien aux “alea”
$2005/b ou Mb/d
120
100
Brent $2005/b
Demande mondiale
80
60
40
20
0
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
00
02
04
06
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
20
20
20
20
Sources : AIE, Bloomberg, TotalPrix des logements et des carburants
(France 1960- 2003)
Evolution comparée du prix réel Indice de prix des logements
Prix réel du carburant
du carburant et du logement Tendance de l'indice de prix
Tendance du prix du carburant
140 1.25
130 1.20
Indice de prix du logement (1995=100)
120 1.15
Prix réel du carburant (€95/l)
110
1.10
100
1.05
90
1.00
80
0.95
70
0.90
60
50 0.85
40 0.80
30 0.75
1960
1961
1962
1963
1964
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003Et pourtant Solow avait bien dit
« […] total-factor-productivity calculations
require not only that market prices can
serve as a rough-and-ready approximation
of marginal products, but that aggregation
does not hopelessly distort these
relationships […] over-interpretation is the
endemic econometric vice »
in Solow RM. (1988) « Growth Theory and After », American Economic Review
78(3), 307-317Et pourtant Solow avait aussi dit • « This ’Wrinkle’ is acceptable only at an aggregate level (for specific purposes) and implies to be cautious about the interpretation of the macroeconomic production functions as referring to a specific technical content » in Solow RM. (1988) « Growth Theory and After », American Economic Review 78(3), 307-317
Et encore …. – Economic cycles are not optimal responses to random shocks around an optimal pathway – Progress in growth theory requires to better capture the evolution of the structure of final demand
Se résigner à une simple division du travail
entre « modelling tribes »?
– lorsque les horizons temporels s’allongent
– lorsque la métaphore du ragoût « Eléphant –Lapin »
(Manne) n’est plus tenable
– il y a risque que
• les systèmes techniques projetés ne puissent être
sous-tendus par une économie cohérente
• les économies projetées ne correspondent à aucun
système technologique plausible
EPE - 6 décembre 2004De la fin de l’ambition du « best guess » aux joies
de la combinatoire libre?
PIB Energie ECO2
ECO2 = POP⋅ ⋅ ⋅
POP PIB Energie
CSM – Paris – 24 mars 2005Les leçons des SRESS : les pièges de l’explosion
combinatoire
Source : IIASA, NakicenovicDes ‘récits’ faute de mieux: entre croyances sur
l’économie de marché et les styles de vie
Globalisation
sustainability and equity
Globalised, intensive Globalised, extensive
‘Market-Forces’ ‘Sustainable
Emphasis on
development’
Regional, intensive
Regional, extensive
‘Clash of
civilisations’ ‘Mixed green bag’
Regionalisation
/fragmentation
CSM – Paris – 24 mars 2005Pour résumer …..
Ideal model
Conventional
bottom-up
model
Macro-
economic
completeness
Technological
explicitness
Conventional
top-down
model
Microeconomic realism
Paris, April 20-21 2005Bottom-Up Hybride Top-Down
Edmonds Reilly SGM GREEN
AIM Imaclim-R EPPA
MiniCam AMIGA
ASF GEMINI-E3
WEM WORLDSCAN
TIMER GTEM
IPAC
PETRO
EDGE
WIAGEM
Equilibre général récursif
Simulation équilibre partiel
E3MG
Optimisation du système énergétique DICE
RICE
MARKAL RICE-FEEM
MESSAGE DEMETER
GET ENTICE(-BR)
TEESE Global 2100 Connecticut Model
LEAP COMBAT
MARKAL MACRO
LDNE Khana Chapman
MESSAGE MACRO
New Earth 21 MIND
MERGE
CETA
DNE21
MARIA
GRAPE
Croissance optimale2. Imaclim – R: un essai de réponse
Imaclim: a program based on four diagnosis on the limits of the current state of the art has to be complemented • Better consistency of the dialogue between macro- economists and sector-based expertise (pending theoretical and computational difficulties) • Transition costs are critical (the trap of a few % GDP loss along a steady state pathway) • Infrastructure dynamics have to be better represented to capture both inertia and the interplay between demand and supply of transportation • A macroeconomy with possible disequilibrium mechanisms due to the interplay between inertia, imperfect foresights and ‘routine’ policy behaviors
What would we like to represent?
Consumption Patterns
C
Overall
productivity
Demography
(level,flows)
Growth Energy markets
engine and systems
Saving ratio,
capital flows
T L
Technologie& Localisation
Globalisation resources
vs
fragmentation
EPE-IDDRI – Paris – 7 mars 2006Main modelling principles
• An hybrid modelling in physical and money flows so as to
– secure the dialogue with sector - based expertise (drivers of the
dematerialisation of the economy, sources of technical inertia,
technical asymptotes in efficiency gains
– overcome the PPP vs MER difficulty (back to Debreu’s dual
representation)
• A growth engine with disequilibrium …
– With imperfect foresight and routine behaviours
– With energy (and other) price cycles
– Allowing for structural imbalances (endebtedness, unemployment
and informal economy) and endogenous shocks
In which structural changes and the pace and direction of TC
are endogenized linkages so that the impact of various
development patterns can be discussedA recursive and modular architecture: static equilibria +
dynamic relations informed by sector based expertise
Time path
Static Equilibrium t Static equilibrium t+1
Updated parameters
(tech. coef., stocks, etc.)
Fossil fuels
Electricity,
Transport
Land-use
Bottom-up sub models (reduced forms)
Marco economic growth engine
Price-signals, rate of return
Physical flowsA recursive and modular architecture: static equilibria +
dynamic relations informed by sector based expertise
Time path
Static Equilibrium t Static equilibrium t+1
Updated parameters
(tech. coef., stocks, etc.)
Static equilibrium in a clay-
clay world
Fossil fuels
Electricity,
Transport
Land-use
Bottom-up sub models (reduced forms)
Marco economic growth engine
Price-signals, rate of return
Physical flowsA recursive and modular architecture: static equilibria +
dynamic relations informed by sector based expertise
Time path
Static Equilibrium t Static equilibrium t+1
Updated parameters
(tech. coef., stocks, etc.)
Static equilibrium in a clay-clay
world
Fossil fuels
Electricity,
Transport
Land-use
Bottom-up sub models (reduced forms)
Marco economic growth engine
Price-signals, rate of return
Physical flows
Moving the production frontier, back to a
‘putty’ worldConsistency between economic and engineering based
information: away from the constant elasticity constraint
Static macro - economic picture
Economic t
system
- Relative prices
- New Equipment stocks
- Savings
- New Technical Coefficients
- Investment allocation
Technical
t
constraints
Moving the envelope of technical possibilities:
reduced forms of (whatever) technology rich modelStatic equilibria in a clay-clay world and under routine micro
and macro behaviors
Households
Utility function
prices Final taxes
wages demand
income
Exports
Production sectors World goods, services
Transfers and capital markets
Under technology and capacity
constraints Imports
Fiscal systems
12 regions
Public Administration
Redistribution & Infrastructures 10 sectors (5 energy, 3 transports,
construction, composite)Static equilibria in a clay-clay world and under routine micro
and macro behaviors
Mobility : time budget, households
Households equipments and infrastructures
Utility function
Energy consuming services :
prices
stock of m², electric appliances
final Taxes
wages demand
income
Exports
Production sectors World goods, services
Transfers and capital markets
Under technology and capacity
constraints Imports
Fiscal systems
12 regions
Public Administration
Redistribution & Infrastructures 10 sectors (5 energy, 3 transports,
construction, composite)Static equilibria in a clay-clay world and under routine micro
and macro behaviors
Households
Utility function
prix demande taxes
finale
salaires
Under or excess
capacities Exports
Production sectors World goods, services
Transfers and capital markets
Rate of utilisation of Under technology and capacity
the labor force constraints Imports
Fiscal systems
12 regions
Public Administration
Redistribution & Infrastructures 10 sectors (5 energy, 3 transports,
construction, composite)Capacity constraints, price formation and investment dynamics
¾ Unitary production cost
kk ,i ⋅ pkK,i
Cmk ,i = ∑ pArmCI j,i,k ⋅ CI j ,i ,k + ( Ω k,i ⋅ wk,i ) ⋅ lk ,i ⋅ (1 + tax ) +
w
k ,i
j Qk ,i
Ω
capacity
shortage
decreasing
mean
efficiency
1 Capacity
utilization rate
EPE – 19 Mai 2005Équilibre statique sous contraintes
Households 12 regions
Utility function
10 sectors (5 energy, 3 transports,
construction, composite)
prices Final taxes
wages Demand
incomes
Exports
World goods, services
Production sectors
Transfers
Under technology and capacity and capital markets
constraints Imports
Fiscal systems
Endogenous trade and capital
balances
Public Administration
Redistribution & InfrastructuresWhat Growth Engine? A potential growth
A potential growth the drivers of which are:
¾Demography (pyramid of age)
¾Saving rates (derive from demography through
the Ingenue model)
¾Catching up assumptions about labor productivity
An Endogenous Structural Change induced
interactions between demand and supply,
and ITC mechanismsGaps between potential and real growth
Evolution of the market shares in the domestic and world
markets
Endogenous Capital flows:
Public policies determine a level of domestic re-investment
An international pool collects the remainder and re-allocates it in
function of returns on investment and country-risk
Desired amounts of investments derived from imperfectly
expected increases of future demand and profitability
Terms of trade evolve in order to keep the exterior balance in
equilibrium (to be changed in the next version
Endogenous transitional disequilibrium with phases of over
and under production capacities with related price cyclesPotential and real growth rates in no friction
scenarios
USA Canada NZ Europe Japon
5% 4% 3% 3%
4%
3%
2% 2%
3%
2%
2%
1% 1%
1%
1%
0% 0% 0% 0%
2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Chine CEI Moyen-Orient Afrique
10% 10% 6% 6%
9% 9%
8% 8% 5% 5%
7% 7%
4% 4%
6% 6%
5% 5% 3% 3%
4% 4%
3% 2% 2%
3%
2% 2%
1% 1%
1% 1%
0% 0% 0% 0%
2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Inde Reste de l'Asie Brésil
9% 7% 7%
Amérique Latine
7%
8%
6% 6%
6%
7%
5% 5%
6% 5%
5% 4% 4%
4%
4% 3% 3%
3%
3%
2% 2%
2% 2%
1% 1%
1% 1%
0% 0% 0%
0%
2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050
2000 2010 2020 2030 2040 2050
Croissance potentielle (Pop+Productivité) Croissance réelleUn exemple de déséquilibre transitoire
Inde
9%
8%
7%
6%
5%
4%
3%
2%
1%
0%
2000 2010 2020 2030 2040 2050How (endogenous or exogenous) shocks propagate?
Increase in crude oil prices
Lower growth of
sector’s VA Increase in crude oil and oil products
imports
Lower growth of
households income Trade imbalance
Rigid energy demand
Change in terms of
trade
Income effect and
lower demand for the
composite goods Increased exports of
composite goods
Lower growth of Higher production of
real GDP composite goodsCapturing the rebound and induction effects of mobility
demand
( )
ξj
Utility maximization: U = Π ( Ci − bni ) i S j − bn j
ξ
(
With S Mobility = CES PKTair , PKTpublic , PKTcars , PKTnon motorized )
0,25
4 Modes
Time per PKT (h/km).
Under two constraints: 0,2
Income = ∑ pi ⋅ Ci + p public ⋅ PKTpublic
0,15+ p ⋅ PKT +
air air ∑ pEi ⋅ ( PKTcars ⋅ α Eicars )
i Energies Ei
PKTT j
0,1 0,25
Tdisp = ∑ ∫ τ j ( u ) du
Time per PKT (h/km).
0,2
Modes Tj 0 0,05 0,15
0,1
0
0,05
PKT
0
Capacity
PKT
Capacity=function ( infrastructures, equipments )3. Quelques exemples de résultats intrigants
Diagramme de Kaya : des mécanismes sous-jacents non-
triviaux (scénarios ONERC-MIES)
2040-2060: pétrole cher, 109%
biocarb, saturation industries
108% 2020-2040 :
Chgt structurel
107% PED, fossiles
disponibles
CO2/TPES (tCO2/Mtep)
106%
105% D0T0M1
D0T1M1
104%
D1T0M1
103% D1T1M1
Après 2060: 102%
asymptotes
101%
efficacité, retour
du charbon 100%
50% 60% 70% 80% 90% 100% point de départ,
2000-2020 : 99%
2001
TPES/PIB (tep/$) Efficacité
énergétiqueEffet rebonds de l'efficacité énergétique sur la mobilité
Mobilité automobile OCDE
2,30E+13
2,10E+13
1,90E+13
1,70E+13
1,50E+13
1,30E+13
1,10E+13
9,00E+12
7,00E+12
5,00E+12
pkmauto BAU OCDE pkmauto 450ppm OCDE pkm auto 550ppm OCDE
EPE – 19 Mai 2005De la nécessité de compléments aux politiques – prix du
carbone
Carbon tax only Combined: Carbon tax + transportation infrastructure policy
12
450 ppm 550 ppm
Annual tax increment from 2005 to 2100
10
8
6
4
2
0
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Carbon budget 2000-2100 (GtC)Quand un petit coefficient ne peut être oublié …
Soit des hypothèses optimistes de progrès
technique en efficacité énergétique
Soit un optimisme modéré sur la production de
biocarburants
Le coût d’une cible de 550ppm atteint
3% du PIB mondial actualisé si on fixe le contenu
transport de la production de biens
1% si on admet une réactivité de ce contenu au prix du
carbone
Un retournement des tendances post WW2 est-il
a) nécessaire b possible?‘Negotiated’ growth baselines L&H, w/o & with frictions
Real GDP - China Real GDP - India
20000000
10000000
b illio n s o f d o lla r s ( U S 2 0 0 1 )
b illio n s o f d o lla r s ( U S 2 0 0 1 )
15000000 8000000
6000000
10000000
4000000
5000000
2000000
0 0
2000 2010 2020 2030 2040 2050 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Low Growth High Growth Low Growth High Growth
Low Growth + energy frictions High Growth + energy frictions Low Growth + energy frictions High Growth + energy frictionsBeyond the regular growth curves: when
singularities occur may be critical
Real GDP losses - China Real GDP losses - India
1.0%
2%
0%
0.0%
2000 2010 2020 2030 2040 2050
2000 2010 2020 2030 2040 2050 -2%
% o f re a l G D P
-1.0% -4%
% o f re a l G D P
-6%
-2.0% -8%
-10%
-3.0%
-12%
-14%
-4.0%
-16%
Low Growth + energy frictions
Low Growth + energy frictions
High Growth + energy frictions
High Growth + energy frictionsRhetorical usefulness of overly
politically correct assumptions
Real GDP losses w.r.t. High Growth scenario - China Real GDP losses w.r.t. High Growth scenario - India
3.00% 12.00%
2.00% 10.00%
8.00%
1.00%
% o f re a l G D P
6.00%
% o f real G D P
0.00%
4.00%
2000 2010 2020 2030 2040 2050
-1.00% 2.00%
0.00%
-2.00%
2000 2010 2020 2030 2040 2050
-2.00%
-3.00%
-4.00%
-4.00%
HG + SUPPLY + DEMAND HG + SUPPLY HG + DEMAND
HG + SUPPLY + DEMAND HG + SUPPLY HG + DEMANDUn lien inattendu ….
Real GDP losses w.r.t. baseline scenario - China
0.5%
0.0%
2000 2010 2020 2030 2040 2050
% of real GDP
-0.5%
-1.0%
New international economic
-1.5% strategy
Unchanged international
economic strategy
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