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Thèse Année : 2020

Dynamics and interactions in natural resources economics : land use, soil pollution and renewable energy

Dynamiques et interactions en économie des ressources naturelles : usages des sols, pollution des terres et énergies renouvelables

Résumé

This thesis focuses on the interplay between dynamic economic policies concerning the use and preservation of natural resources and the technological, environmental and geographical frameworks in which they are implemented. The first chapter proposes an analysis of optimal peak load decarbonation pathways when back-up fossil fuels are being gradually substituted by stored intermittent renewable energy. We model the process of intermittent renewable energy storage under renewable energy surplus uncertainty in a Markovian framework and consider technical progress in both storage efficiency and capacity. This allows us to study the optimal storage policies with respect to carbon and storage costs, as well as the renewable energy surplus distribution. We analytically solve this problem under specific assumptions and use a value function iteration algorithm to investigate numerically on the optimal energy storage policies for peak load decarbonation in Portugal. Along with intermittency and storage costs, land use is another limitation to the development of renewable energy. In the second chapter of this thesis, we develop a macrodynamic growth model of the energy shift integrating land use constraints. Land is considered as a resource for agricultural production along with energy. Developing renewable energy uses space and thus interferes with the agricultural sector. Moreover, pollution abatement policies, such as forests preservation policies, also compete with renewable energy for land in order to reduce pollution from the use of fossil fuels. We theoretically study the competition in land use between agriculture, pollution abatement and renewable energy production and apply our model to study the development of a palm oil biodiesel sector in Brazil, along with the issues it rises regarding the Amazon forest preservation. The last chapter of this thesis also focuses on agricultural land, but this time to assess the impact of the agriculture activity on soil fertility. More precisely, we focus our analysis on a specific externality from the agricultural sector being diffuse soil pollution. Hence, we develop in this chapter a spatial growth model for an agricultural economy, in which pollution diffuses across space. We analytically show that, due to diffuse soil pollution, the economy can reach a long-term spatial equilibrium with a fertile region and a polluted region, and that the polluted region can either stagnate at low levels of fertility, or catch up with the fertile region. Our results are numerically illustrated, including the resiliency of the economy to recover from pollution shocks.
Cette thèse propose une analyse théorique des interactions entre les politiques économiques concernant l’utilisation et la préservation des ressources naturelles et le cadre technologique, environnemental et géographique dans lequel elles sont implémentées. Le premier chapitre porte sur les dynamiques optimales de décarbonation du pic de consommation via le stockage d’énergies renouvelables intermittentes. Le processus de stockage est modélisé dans un cadre Markovien pour prendre en compte le caractère incertain de la disponibilité en énergies renouvelables intermittentes. Nous considérons du progrès technique à la fois en efficacité et en capacité de stockage ce qui nous permet d’étudier les politiques optimales de stockage selon leur coût, mais aussi selon le coût du carbone et de la disponibilité en énergie renouvelable. Nous appliquons notre modèle à l’analyse de la décarbonation du pic de consommation au Portugal. Outre le caractère intermittent des énergies renouvelables et leur coût de stockage, leur usage des sols est aussi une limite à leur développement à grande échelle. Dans le deuxième chapitre, nous développons un modèle macrodynamique de la transition énergétique en prenant en compte la contrainte d’usage des sols. Le sol et l’énergie sont considérés comme les ressources nécessaires à la production agricole et le développement d’énergies renouvelables peut alors interférer avec la production agricole et l’activité de dépollution d’éventuelles zones forestières. Nous étudions théoriquement ces arbitrages en termes d’usages des sols entre la production agricole, le développement des énergies renouvelables et les politiques de dépollution, puis nous appliquons notre modèle à l’étude du développement d’une filière biodiesel à base d’huile de palme au Brésil et des enjeux que cela soulève concernant la préservation de la forêt Amazonienne. Le dernier chapitre de cette thèse s’intéresse aux sols agricoles mais du point de vue de l’impact de la pollution agricole sur la fertilité des terres. Nous nous intéressons plus précisément à la pollution diffuse des sols agricoles. Un modèle macrodynamique et spatial d’une économie agricole est ainsi développé en tenant compte du caractère diffusif de la pollution dans les terres agricoles. Nous montrons analytiquement que l’économie peut alors atteindre un équilibre spatial avec une région fertile et une région polluée, et que la région polluée peut soit stagner à des bas niveaux de fertilité soit rattraper le niveau de la région fertile. Une étude numérique est enfin menée pour illustrer nos résultats ainsi que pour étudier la résilience de l’économie à divers chocs de pollution.
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Citer

Alexandre Cornet. Dynamics and interactions in natural resources economics : land use, soil pollution and renewable energy. Economics and Finance. Université Panthéon-Sorbonne - Paris I, 2020. English. ⟨NNT : 2020PA01E066⟩. ⟨tel-03171643⟩
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Dernière date de mise à jour le 21/04/2024
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