MODÉLISATION DU PÉAGE URBAIN ASSOCIÉ À UNE POLITIQUE MODALE : PRISE EN COMPTE DES COÛTS ENVIRONNEMENTAUX

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Les bienfaits de l’activité du secteur de l’automobile

« La mobilité des personnes et des marchandises estessentielle au développement économique de notre pays », Gilles de Robien4, Comité des constructeurs français d’automobiles (CCFA, 2005). L’automobile représente un élément essentiel de notre économie, la mobilité est créatrice de richesse. Le secteur de l’industrie automobile regroupe la construction de véhicules, la fabrication de carrosseries et de remorques et la fabrication d’équipements automobiles. Il occupe donc une place importante dans l’économie, même si on enregistre une légère baisse de l’activité depuis 0062.
Le premier constat est le nombre d’emplois que génère l’industrie automobile. En effet, selon le CCFA (2004, 2007), près de 2 500 000 emplois sont induits par l’automobile en France.
Ce présent graphique indique que 1 050 000 personne sont employées (42.4%) pour les transports et connexes, c’est-à-dire pour les transports de marchandises et de voyageurs, pour les réseaux routiers et les administrations. Nous observons que les activités de conception et de production génèrent 617 000 emplois (30.6%) et que l’ensemble des services liés à l’usage de l’automob ile5 représente 670 000 emplois (27%). Le secteur automobile crée un nombre d’emplois non négligeable dans notre société. D’après le CCFA, il est responsable de près de 10% des emplois en France.
Sur le plan des échanges internationaux, le secteur automobile représente environ 13% des exportations françaises, dégageant ainsi un solde positif. Il constitue l’un des piliers de la balance commerciale de la France. Quant à la production française de véhicules dans le monde, elle atteint presque 10% de la production mondiale. La France fait partie des grands producteurs européens derrière l’industrie automobile allemande.
On notera aussi que la voiture particulière est devenue un mode de déplacement essentiel pour les Français. En effet, selon une en quête CCFA/SOFRES de 2003, près de 81% des Français disent avoir besoin d’un véhicule, et 54% des déplacements en voiture représentent la part servant pour les trajets domicile-travail.
L’activité du secteur de l’automobile occupe donc une place importante dans l’économie française, notamment en termes d’emplois, de contribution sur le marché mondial et de satisfaction des besoins des individus. Les nuisances dues à l’utilisation de l’automobile vont être analysées et plus approfondies puisqu’elles correspondent aux externalités négatives que nous souhaitons internaliser durant cette recherche.

Les nuisances de l’automobile

Les nuisances provoquées par l’utilisation de l’automobile sont nombreuses : le bruit, les accidents de la circulation, la congestion, la pollution atmosphérique et l’effet de serre en font partie. Se pencher sur ces différentes externalités négatives permet de comprendre les difficultés rencontrées par l’économiste afin d’obtenir une évaluation juste de leurs coûts. Nous présentons les différentes natures de ces nuisances, et analysons les méthodes de valorisation des effets externes du transport.

Le bruit

Le bruit est la principale nuisance ressentie par les ménages en ville. Elle est particulièrement dénoncée puisqu’elle est directement perceptible. Selon l’ADEME, 43% des ménages français se déclarent gênés par lebruit, dont 23% par le bruit des transports. En France, 80% du bruit provient des transports selon la répartition suivante .
Mais qu’est-ce que le bruit ? Une définition peut être retenue : « Le bruit est dû à une variation de pression régnant dans l’atmosphère; il peut être caractérisé par sa fréquence (grave, médium, aiguë) et par son intensité mesurée en niveau de pression acoustique. L’échelle usuelle de mesure est logarithmique : on parle de niveaux de bruit exprimés en décibel A (dB(A)), où A est un filtre aractéristique des particularités fréquentielles de l’oreille » (Ministère de l’écologie et du développement durable, 2006).
Le seuil de 65 dB (A)6 est considéré en général comme le seuil où apparaît une forte gêne et à partir duquel l’appareil auditif devient en danger. Selon le rapport Serrou (1995), 7 millions de français, soit 12,3% de la po pulation, seraient exposés au seuil de 65 dB (A) dû aux transports. En juin 2002, le Parlement Européen et le Conseil de l’Union Européenne ont promulgué une directive disant qu’en milieu urbain, le bruit ne doit pas dépasser 60 dB en moyenne dans la journée.
L’évaluation des dommages liés au bruit provoqué par les transports paraît indispensable pour les études socio-économiques. L’évaluation du bruit a fait l’objet de beaucoup d’études et de rapports. La technique du consentement à payer est la plus utilisée pour estimer l’externalité du bruit. Il existe deux manières d’obtenir le consentement à payer, soit par enquêtes auprès deshabitants, soit par l’observation des prix du marché de l’immobilier . Selon le rapport Boiteux (2001), la deuxième solution, l’évolution du prix de l’immobilier, est la mieux adaptée et donne des résultats plus robustes. Un pourcentage de la dépréciation des valeurs immobilières en fonction des niveaux d’exposition du bruit peut être obtenu.

La pollution et l’effet de serre

Les émissions polluantes des transports ont de multiples impacts autant sur la santé que sur la dégradation de l’environnement. Deux types de pollution dus à l’automobile peuvent être distingués : les principaux polluantsprimaires ayant un impact sur la santé humaine et contribuant notamment aux phénomènes d’acidification, et les gaz à effet de serre (GES) tels que les émissions de CO qui constituent le principal enjeu environnemental de long terme.

Ainsi, de 1990 à 2006, les émissions de dioxyde de soufre produites par le transport routier ont diminué de 97%, celles d’oxyde d’azote de 35%, celles de composés organiques volatiles non méthaniques de 79%, cellesde monoxyde de carbone de 80%, et enfin les émissions de particules fines inférieures à 10 micromètres ont connu une réduction de 21%. Cette baisse de la pollution résulte en particulier des normes imposées, de plus en plus sévères, aux véhicules ufsne.

Même si la tendance générale est à la baisse, il nefaut pas oublier leurs graves conséquences sur la santé humaine comme les troubles respiratoires, les maladies cardiovasculaires et celles sur l’environnement telles que les pluies acides. En 2006, les transports routiers représentaient 53% des émission d’oxydes d’azote, 24% des émissions de monoxyde de carbone et 16% des émissions de composés organiques volatils non méthaniques.

L’activité humaine a modifié sensiblement la concentration des GES présents dans l’atmosphère. Le secteur des transports est désormais le secteur en France le plus émetteur de GES, en particulier d’émissions de CO. En 2006, à lui seul, le transport routier représente 33% des émissions totales de CO. Malgré une légère stagnation des émissions depuis 2002, le secteur des transports routiers est selon les spécialistes le secteur dont les émissions doivent croître le plus. Il semble important de contrôler ces émissions pour préserver notre planète. Le graphique suivant montre l’évolution des émissions de CO produites selon les secteurs.

Ainsi, entre 1990 et 2006, les émissions du transport routier ont augmenté d’environ 17% et celles des autres transports de 6%, alors que le secteur de l’industrie manufacturière, qui était le plus gros émetteur deCO2 en 1990, a vu diminuer ses émissions de l’ordre de 12%. Le secteur des transports est donc invité à accentuer ses efforts en matière de réduction des émissions afinde respecter les engagements pris par la Communauté internationale pour préserver notre lanètep sur le long terme.

L’évaluation monétaire de la pollution et son estimation des impacts sur le long terme sont difficiles à estimer. La pollution peut avoir des conséquences sur la santé, les milieux naturels, ou encore sur les matériaux. C’est pourquoi sa monétarisation n’est pas un exercice évident puisqu’il faut cerner les différents impacts qu’elle engendre et les effets combinés de plusieurs polluants. Comme le précise le rapport Boiteux (2001), la méthode de monétarisation se fait en deux temps.Dans un premier temps, il faut mesurer les concentrations de polluants, puis établir une relation entre, par exemple, le polluant et la santé ou le polluant et la végétation. Dans un second temps, il faut appliquer la méthode d’estimation choisie comme la méthode de préférences déclarées, ou révélées, ou le coût d’évitement.

Les principales études ayant monétarisé les effetsexternes de la pollution présentent des résultats avec de grandes disparités. Il faut oncd prendre avec précaution les valeurs données à la pollution. À titre indicatif, le rappo rt Boiteux (2001) préconise une valeur de 2.9 € pour 100 véhicules par kilomètre pour les voituresparticulières en milieu urbain dense10.

Quant à l’estimation de la valeur de la tonne de ca rbone11, la valeur officielle préconisée par le rapport Boiteux (2001) est de 100€ la tonne, c’est-à-dire 27 € la tonne de CO2. Le rapport du CAS (Centre d’analyse stratégique, 2008a) donne une valeur tutélaire de la tonne de CO, de 32 € en 200812 et de 56 € en 2020. Le scénario retenu s’appuie sur la valeur préconisée par Boiteux (2001) pour rejoindre la valeur pivot de 100 € la tonne en 2030. L’étude INFRAS (2004) retient un prix de 20 € la tonne de CO2 avec un scénario « faible », c’est-à-dire où la sensibilité du changement climatique est faible, à 140 € la tonne de CO2 pour un « scénario élevé » (avec un changement climatique élevé).

Europe en 2005, nous pouvons nous référer au prix ud marché qui a longtemps fluctué entre 19 et 29 € la tonne avant de se stabiliser aux alentours de 23 €.

L’inventaire de ces effets externes était nécessair dans la mesure où la suite de ce travail se concentre sur la recherche de solutions pour atteindre un objectif de mobilité durable. Les effets externes de congestion et de pollution sont ceux pris en compte dans notre étude. La congestion est particulièrement présente dans le milieu urbain et est un phénomène complexe, mais intéressant. La pollution,quant à elle, est un élément que l’on ne peut plus ignorer dans les politiques prôna nt un transport durable.

L’interprétation économique du phénomène de congestion et la prise en compte du problème environnemental

La congestion automobile est une externalité négative qui n’est pas prise en compte par le marché. Elle est due à la surutilisation d’un réseau routier à une période donnée entraînant une diminution de la vitesse de la circulation. Nous proposons d’analyser la congestion grâce à une détermination graphique et e n nous appuyant sur les travaux de l’ingénierie. La détermination du coût de congestio nous amène à aborder les premiers travaux conséquents de la prise en compte de la seconde externalité nous intéressant : la pollution.

Détermination graphique de la congestion

L’analyse de la fonction de congestion de Lindsey et Verhoef (1999) et celle de Verhoef (2001), adaptées des travaux de l’ingénierie, sont à notre avis les plus accessibles à l’économiste pour comprendre le fonctionnement de la congestion. À partir d’un modèle standard de la fonction de congestion, Verhoef (2001) détermine les trois variables fondamentales définissant les fluxde circulation sur une voirie :

V : la vitesse de circulation, exprimée en kilomètrespar heure.

D : la densité de la circulation, exprimée en véhicules par voie et par kilomètre.

q : le débit de la circulation, exprimé en véhiculespar voie et par heure.

La relation découlant de ces trois variables est lasuivante : q V D (1.1)

Le graphique (1.6) représente un diagramme issu de l’ingénierie qui met en évidence la relation entre ces trois variables.A priori, on suppose que lorsque la densité (D) augmente, la vitesse (V) diminue. Cela se vérifie sur la partie (a) du graphique. Mais on observe une certaine stagnation de la vitesse à un niveau élevé, lorsque la densité est comprise entre 0 et D0. Cela s’explique par le fait que les vitesses sur les voies rapides urbaines sont considérées comme étant proches de lavitesse de circulation fluide13 c’est-à-dire Vmax. C’est seulement à partir d’un certain niveau de l a densité que la courbe débit-vitesse (b) décroît plus rapidement. En effet, la partie (a) du graphique nous montre que la courbe passe du point (D0, V0), où le débit (q) est considéré comme maximum ( q0 V0 D0 ), au point (Dj, 0) représentant une situation d’embouteillage maximum puisque la vitesse est nulle et donc engendre un débit nul : q0 0 .

Lorsque le débit est inférieur à q0 (représenté parq’ sur le graphique 1.6), deux situations se présentent. La première est d’avoir une vitesse réduite mais une forte densité : c’est le point (DH, VH). À l’inverse, la seconde situation s’observe avec une vitesse forte et une faible densité : c’est le point (DL, VL).

Cette courbe débit-vitesse alimente les débats entr les économistes et les ingénieurs. Elle permet l’obtention d’informations sur les différents seuils de congestion. Les ingénieurs affirment que la premièr partie de la courbe (b) illustre une circulation fluide et la deuxième une circulation congestionnée. Les économistes définissant la première partie comme congestionnéet la deuxième partie de la courbe comme hypercongestionnée (voir Lindsey et Verhoef,1999).

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Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE
PREMIÈRE PARTIE : ENSEIGNEMENTS ET RÉINTERPRÉTATION DES OUTILS DE RÉGULATION ENVIRONNEMENTALE APPLIQUÉS AUX TRANSPORTS
CHAPITRE 1 : LE PÉAGE URBAIN
1.1. Les différentes externalités des transports
1.1.1. Les externalités positives des transports
1.1.1.1. Les effets positifs induits par la mobilité
1.1.1.2. Les bienfaits de l’activité du secteur de l’automobile
1.1.2. Les nuisances de l’automobile
1.1.2.1. Le bruit
1.1.2.2. Les accidents de la circulation
1.1.2.3. La congestion
1.1.2.4. La pollution et l’effet de serre
1.2. L’interprétation économique du phénomène de congestion et la prise en compte du problème environnemental
1.2.1. Détermination graphique de la congestion
1.2.2. Les enseignements de la courbe débit-vitesse
1.2.3. Le coût de congestion de déplacement
1.2.4. L’intégration de la question environnementale dans les modèles classiques
1.3. Deux modélisations de références de la congestion : l’approche par les flux et l’approche par les files d’attente
1.3.1. Le modèle temporel de flux
1.3.1. Les principales caractéristiques
1.3.2. Détermination de l’équilibre de congestion dans un modèle de flux
1.3.3. Détermination de l’optimum social
1.3.2. Le modèle de file d’attente ou goulot d’étranglement
1.3.2.1. Caractéristiques principales du modèle
1.3.2.2. Détermination de l’équilibre de congestion
1.3.2.3. L’optimum social
1.3.3. Comparaison, apports et limites des modèles
1.4. Mise en lumière de l’efficacité du péage urbain à travers les résultats d’études empiriques
1.4.1. Londres : échec ou réussite ?
1.4.2. À quand le péage parisien ?
CHAPITRE 2 : TAXE VERSUS PERMIS D’ÉMISSIONS NÉGOCIABLES
2.1. Le choix théorique entre la taxe et les permis d’émissions négociables
2.1.1. Prémisses et fonctionnement d’un marché de droits à polluer ou permis d’émissions négociables
2.1.2. Efficacité et incertitudes
2.1.3. Les entraves au fonctionnement de la politique de régulation
2.1.4. La mise en place de l’instrument
2.1.5. L’instrument économique comme instrument politique
2.1.6. Le système hybride : la solution ?
2.2. Applications des permis d’émissions négociables : vers une décentralisation totale
2.2.1. Le Système communautaire d’échanges de quotas d’émissions
2.2.1.1. Les principales étapes du fonctionnement
2.2.1.2. Les résultats de la période 2005-2007
2.2.2. Les différents systèmes de marchés appliqués au secteur des transports
2.2.2.1. Le programme Corporate average fuel economy (CAFE)
2.2.2.2. Le programme Zero emission vehicle (ZEV)
2.2.2.3. Un système de permis pour la suppression du plomb dans l’essence
2.2.3. La carte carbone individuelle
2.2.4. Le programme écopoint en Autriche
2.3. La rareté de la modélisation des systèmes de marché de permis appliqués aux automobilistes
2.3.1. Le modèle précurseur de système hybride et ses extensions
2.3.2. Modèle hybride appliqué à la consommation de carburant des automobilistes
2.3.3. Le modèle décentralisé pour les automobilistes de la ville de Mexico
2.3.4. Apports et limites de la modélisation théorique du système de PEN par rapport à celui de la taxation
DEUXIÈME PARTIE : EXTENSIONS ET DÉVELOPPEMENTS DE MODÉLISATION POUR UNE MOBILITÉ DURABLE
CHAPITRE 3 : MODÉLISATION DU PÉAGE URBAIN ASSOCIÉ À UNE POLITIQUE MODALE : PRISE EN COMPTE DES COÛTS ENVIRONNEMENTAUX
3.1. Les extensions apportées
3.1.1. L’ajout des externalités environnementales
3.1.2. L’ajout d’une politique modale
3.1.2.1. La complémentarité des politiques modales
3.1.2.2. La nature des différentes politiques modales
3.2. Le modèle du péage urbain avec le coût environnemental et la mise en place d’une politique modale incitative
3.2.1. Modèle bimodal comprenant le coût environnemental
3.2.1.1. Les principales caractéristiques du modèle
3.2.1.2. Détermination de l’équilibre modal
3.2.2. L’ajout d’une politique modale incitative et l’optimum social
3.2.2.1. Le péage de pointe
3.2.2.2. Le péage uniforme de pointe (coarse toll)
3.2.2.3. Le péage uniforme
3.2.3. Les politiques optimales
3.2.3.1. Situation avec péage de pointe
3.2.3.2. Situation avec péage uniforme lors des périodes de pointe
3.2.3.3. Situation avec péage uniforme
3.3. Simulations numériques
3.3.1. Tests de sensibilité relatifs à la valeur du temps
3.3.1.1. La situation d’équilibre initiale
3.3.1.2. La situation avec un péage de pointe
3.3.1.3. La situation avec péage uniforme lors des périodes de pointe
3.3.1.4. La situation avec péage uniforme
3.3.1.5. Comparaison générale
3.3.2. Tests de sensibilités relatifs aux coûts fixes des TC
3.3.2.1. La situation d’équilibre initiale
3.3.2.2. La situation avec le péage de pointe
3.3.2.3. La situation avec le péage uniforme lors des périodes de pointe
3.3.2.4. La situation avec le péage uniforme
3.3.2.5. Comparaison générale
CHAPITRE 4 : MISE EN PERSPECTIVE D’UNE MODÉLISATION D’UN SYSTÈME DE PEN POUR LES AUTOMOBILISTES
4.1. Principales hypothèses et caractéristiques du fonctionnement du système de PEN appliqué aux automobilistes
4.1.1. La cible et identification de la variable d’action
4.1.2. L’allocation des permis d’émissions
4.1.3. Technologie de contrôle et mise en place
4.2. Le modèle
4.2.1. L’équilibre sans régulation environnementale
4.2.1.1. Analyse des équilibres possibles entre les modes
4.2.1.2. La substituabilité des modes de transport
4.2.2. L’équilibre avec régulation environnementale
4.2.2.1. La relation entre les émissions polluantes et l’utilisation de l’automobile
4.2.2.2. La maximisation de l’utilité avec un système de PEN
4.2.2.3. Analyse des équilibres possibles entre les modes
4.2.2.4. La substituabilité des modes de transport
4.2.3. Équilibre sur le marché des permis d’émissions
4.2.4. Effets sur le bien-être social
4.3. Simulations numériques
4.3.1. Applications pour deux individus aux revenus identiques
4.3.1.1. Applications numériques et interprétations
4.3.1.2. Tests de sensibilité relatifs au nombre de permis d’émissions
4.3.1.3. Tests de sensibilité relatifs au prix du permis d’émissions
4.3.1.4. Tests de sensibilité relatifs au coefficient de l’élasticité de substitution
4.3.2. Applications numériques avec trois individus à revenus différents
4.3.2.1. Applications numériques et interprétations des résultats
4.3.2.2. Tests de sensibilité relatifs aux permis alloués
4.3.2.3. Tests de sensibilité relatifs au prix
4.3.2.4. Tests de sensibilité relatifs au coefficient d’élasticité de substitution
4.4. Une contrainte kilométrique et un bien composite
4.4.1. Analyse des extensions
4.4.2. Interprétations des résultats
CONCLUSION GÉNÉRALE
BIBLIOGRAPHIE