• Langue : Anglais
• Discipline : Sciences économiques
• Identifiant : 2022ULILA019
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 12/12/2022

Résumé en langue originale

La recherche scientifique a montré qu'il existe une relation directe entre le réchauffement climatique et l'émission de carbone et d'autres gaz à effet de serre. En ce qui concerne les pays européens, le développement de la production d'énergie électrique à partir des sources renouvelables et le système d'échange de quotas d'émission de l'Union européenne (EU ETS pour son abréviation en anglais) sont deux outils importants pour réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) et faire face au changement climatique. L'objectif principal de ce projet de recherche doctoral est d'identifier les facteurs explicatifs des émissions de CO2 et d'explorer comment les principaux outils cités ci-dessus peuvent aider à réduire les émissions au niveau français et européen. La problématique centrale de la thèse consiste en quatre sous-questions de recherche, chacune abordée dans un article scientifique.Le premier article évalue l'efficacité environnementale des trois premières phases (2005-2019) de l'EU ETS pour réduire les émissions de CO2 dans 248 régions socio-économiques des États membres de ce système. Considérant le début de chaque phase comme une intervention, cet article adopte une approche de modélisation prédictive avancée pour construire des émissions de CO2 contrefactuelles pour chaque période post-intervention, et analyse, dans le temps et dans l'espace, l'effet de l'intervention en comparant les émissions réalisées avec des estimations contrefactuelles.Le deuxième article examine l'impact prédictif des conditions climatiques et de la demande d'électricité sur les prix spot horaires des quotas d'émission au cours des trois premières phases du système d'échange de quotas d'émission de l'Union européenne (2005-2019). Cette étude propose une méthodologie originale pour construire des indices de demande d'électricité et de climat à l'échelle européenne, et caractérise la relation entre ces indices et les prix des quotas d'émission. Cet article contribue à la littérature croissante sur les déterminants structurels des prix du carbone dans l'EU ETS et améliore notre compréhension de l'impact de la variabilité climatique sur la mesure de marché la plus importante pour réduire les émissions de CO2 en Europe.Le troisième article répond à la question : « Compte tenu d'une augmentation ou d'une diminution de la production d'énergie renouvelable en France, quelle serait l'évolution prévue des émissions dans le secteur de l'électricité ? » et identifie la part optimale de chaque source dans le mix énergétique renouvelable pour minimiser les émissions prévues dans le secteur de l'électricité dans un scénario de production d'électricité renouvelable plus élevée en France sur la période 2013-2021.Le quatrième article adopte une approche interdisciplinaire de pointe basée sur l'apprentissage automatique pour caractériser l'impact des conditions climatiques sur les émissions horaires de CO2 dans le système électrique français de janvier 2013 à décembre 2020. Les résultats de cet article devraient apporter une contribution importante à la littérature sur les facteurs déterminants des émissions de CO2 dans le secteur de l'électricité et peuvent donner un aperçu de la sensibilité des émissions liées à l'énergie au changement climatique.Dans l'ensemble, cette thèse contribue à la littérature sur l'efficacité environnementale de deux principaux outils pour réduire les émissions de CO2 et faire face au changement climatique, c'est-à-dire la production d'énergie électrique à partir des sources renouvelables et le système d'échange de quotas d'émission de l'Union européenne, ainsi que les facteurs explicatifs de ces émissions en Europe.

Résumé traduit

Scientific research has shown that there is a direct relationship between global warming and the emission of carbon dioxide (CO2) and other greenhouse gases. As far as European countries are concerned, the development of renewable electricity production and the European Union Emissions Trading System (EU ETS) are two main tools for reducing CO2 emissions and dealing with climate change. The main objective of this doctoral research project is to identify the explanatory factors for CO2 emissions and to explore how the main tools mentioned above can help reduce emissions at French and European level. The central research question of the dissertation consists of four sub-questions, each addressed in one scientific article.The first article evaluates the effectiveness of the first three phases (2005-2019) of the European Union Emissions Trading System (EU ETS) in reducing fossil fuel CO2 emissions in 248 socio-economic regions from 25 EU ETS Member States. Considering the beginning of each phase as an intervention, the paper adopts an advanced predictive modeling framework to build counterfactual fossil fuel CO2 emissions for each post-intervention period, and analyzes, in time and space, the intervention effect by comparing actual emissions with counterfactual estimates.The second article examines the predictive impact of climate conditions and electricity demand on hourly spot prices of emissions allowances during the first three phases of the European Union Emissions Trading System (EU ETS) (2005-2019). An original methodology is proposed for constructing European-scale electricity demand and climate indices, and the relationship between those indices and emissions allowances prices is characterized by means of an advanced predictive modeling technique (Extreme Gradient Boosting). The paper contributes to the growing body of literature on the structural determinants of carbon prices in the EU ETS and enhances our understanding of the impact of climate variability-in the provision of renewable energy production-on the most prominent market-based measure to reduce CO2 emissions in Europe.By means of a cutting-edge machine learning-based modeling technique, the third article characterizes the predictive impact of electricity generation from climate-related renewable energy (CRE) sources (wind, solar photovoltaics, and small-scale run-of-river hydroelectricity) on CO2 emissions in the French electric power sector over the 2013-2021 period. The study also identifies the optimal mix of CRE sources for minimizing predicted emissions under four counterfactual scenarios of increased CRE production. The findings of this paper have two major implications for renewable energy development and management in France. First, they provide fresh quantifiable evidence on the conceptual premise that replacing carbon-intensive energy sources with renewable ones reduces CO2 emissions from electricity generation. Second, they cast a new light on the relative importance of each CRE source with regard to emissions reduction in the electricity sector.The fourth article sets out a state-of-the-art interdisciplinary machine learning-based framework for characterizing the impact of climate conditions on hourly CO2 emissions in the French electric power system from January 2013 to December 2020. The findings of this research should make an important contribution to the literature on driving factors for CO2 emissions in the electricity sector, and can provide insight into the sensitivity of power-related emissions to climate change.Overall, this doctoral project contributes to the literature on the environmental effectiveness of two main tools to reduce CO2 emissions and cope with climate change in Europe, namely electricity generation from renewable sources and the European Union Emissions Trading System, as well as the literature on explicative factors behind such emissions.