BIOC4M - Durabilité des BIOCarburants: Modélisation Multi-acteur, Multi-échelle et Multi-critère pour l'aide à la décision publique

Le projet consiste à faire une modélisation prospective depuis la production de ressources agricoles jusqu’à la demande de biocarburants par le raffinage en intégrant les impacts sur l’environnement.

Le développement des filières « biocarburants » s’inscrit dans le cadre de la transition énergétique et l’ambition générale de réduction de l’empreinte environnementale des différents modes de transport. Si les marchés européen et français des biocarburants sont d’ores et déjà établis, les perspectives de croissance font aujourd’hui face à plusieurs enjeux en termes de maintien des outils industriels existants et de déploiement de nouvelles filières dites avancées. Ces enjeux concernent l’ensemble des maillons de la chaîne et notamment la mobilisation de ressources biomasses plus diversifiées faisant l’objet de concurrence d’usages, l’émergence de nouvelles technologies de conversion, ainsi que le développement de l’usage de ces produits dans les différentes motorisations en usage pour les transports routier, aérien et maritime.

Le marché des biocarburants est organisé au travers des interactions entre décideurs publics et acteurs privés de différents secteurs impliqués à différentes échelles, tout en répondant à une série de critères économiques, énergétiques et environnementaux. Des textes incitatifs et règlementaires européens et français, pour le développement des énergies renouvelables et notamment des biocarburants dans le secteur transport à horizon 2030 sont en cours de publication.

Dans ce cadre, le projet repose sur une modélisation prospective depuis la production de ressources agricoles jusqu’à la demande de biocarburants par le raffinage en intégrant les impacts sur l’environnement. Cette modélisation met en œuvre trois modèles autonomes de représentation des comportements économiques des acteurs des différents secteurs permettant une description sectorielle à un haut niveau de résolution géographique et technique. Les modèles sont assemblés et couplés dans le cadre d’une chaîne de modélisation (AGRAF) comportant un modèle agro-économique d’offre agricole (AROPAj), un modèle de transformation des biomasses en biocarburants (GIRAF) et un modèle du secteur du raffinage (OURSE). Les trois modèles sont ou seront conçus pour couvrir la majeure partie des acteurs de l’Union Européenne (UE) dans les secteurs concernés. En l’appuyant sur les outils de la programmation mathématique, la chaîne AGRAF a pour objectif de minimiser les coûts des 3 types d’opérateurs tout en satisfaisant les demandes en (bio)carburants et les différentes contraintes pouvant être d’ordre technique, règlementaire, environnemental, etc.

La chaîne de modélisation mobilise un large panel de biomasses agricoles (cultures annuelles, pérennes et co-produits), de technologies de conversion de la biomasse (éthanol, biodiesels, bio-huiles, biométhane, biokérosènes), et de produits pétroliers issus du raffinage. Les frontières du système modélisé feront appel à un certain nombre d’inputs exogènes afin de compléter la représentation des secteurs et les échanges avec l’extérieur (forêt, industrie agroalimentaire, chimie bio-sourcée, biomatériaux et, de façon plus générale, les importations et exportations aux différents niveaux d’implication des agents représentés par les modèles).

Un premier travail de test des fonctionnalités des modèles couplés 2 à 2 (AROPAj-GIRAF puis GIRAF-OURSE) sera réalisé, avant la mise en œuvre de la chaine de modélisation complète (AGRAF). Plusieurs scénarios prospectifs permettront alors d’aborder la mise en place des différentes politiques européennes et nationales susceptibles d’impacter les 3 secteurs concernés par le marché des biocarburants à l’horizon 2030. Au-delà de résultats économiques standards (coûts marginaux des commodités agricoles et énergétiques), ces modèles fournissent des résultats sur l’efficacité énergétique des filières et sur différents critères environnementaux, au premier rang desquels les émissions directes de gaz à effet de serre (GES). Avec l’occupation des terres agricoles en amont et la mobilisation des capacités industrielles en aval, ces modèles contribueront à évaluer les tensions sur les ressources naturelles et sur les capitaux quasi-fixes. Tout ceci permet ainsi de tester la « durabilité » des filières biocarburants attendues à l’horizon 2030.

Les modèles amont et aval, en utilisation autonome, ont été conçus et sont utilisés pour évaluer les impacts des politiques publiques sectorielles et/ou les orienter sur des cibles environnementales spécifiques (Politique Agricole Commune, Directives européennes sur la promotion des biocarburants, la qualité de l’eau, les pollutions azotées, plans climat). La chaîne de modélisation AGRAF permettra de mieux traiter de la coordination des politiques publiques et de ses impacts en termes d’équilibres offres/demandes, de sécurité alimentaire, d’indépendance énergétique et de qualité de l’environnement.

L’une des originalités notables de la modélisation proposée est qu’elle produit des résultats à différentes échelles temporelles, sectorielles et géographiques. Cet aspect est pertinent pour une bonne intégration économique des distances dans les échanges, l’analyse d’éventuelles spécialisations des territoires, tout autant qu’en termes d’évaluation des politiques publiques dans le rapport à l’espace géographique.