Prospective Outlook on Long-term Energy Systems

Le modèle POLES a été initialement développé au début des années 1990 à l’institut LEPII-CNRS (précédemment IEPE - Institut d’Économie et de Politique de l’Énergie) à Grenoble et a été conçu pour répondre aux problématiques de fourniture énergétique globale et de changement climatique ainsi que sur la mesure de l’effet sur le long terme des politiques énergétiques. Ses premiers développements se sont axés sur une description détaillée de la demande énergétique par secteur, de la planification d’extension du parc de production électrique et de l’exploration et exploitation des ressources fossiles. Ensuite au fil de son développement, le modèle s’est enrichi de concepts théoriques et d’expertises pratiques en mathématiques, économie, ingénierie, analyse de marchés et échanges internationaux dans le domaine de l’énergie.

Le développement initial du modèle a été financé par les programmes JOULE II et JOULE III des troisième et quatrième Programmes-cadre pour la recherche et le développement technologique (FP de l’anglais Framework Program) (1990-1994 and 1994-1998) de la Commission européenne ainsi que le CNRS. Depuis, le modèle s’est développé par le biais de nombreux projets, certains partiellement financés par FP5, FP6 et FP7, et en collaboration avec le LEPII, l’entreprise Enerdata et le centre commun de recherche européen IPTS.

Ainsi depuis plus de 20 ans, le modèle POLES fait partie de la petite famille des modèles énergétiques à échelle mondiale qui bénéficie d’un développement et d'une expertise continus.

Le modèle produit un panorama complet et sectoriel du système énergétique mondial jusqu’à 2050. POLES est un modèle récursif d’équilibre partiel à pas annuel. Contrairement à d’autres modèles énergétiques, les prix internationaux des prix sont calculés de manière endogène dans POLES. Les principales variables exogènes du modèle sont le Produit Intérieur Brut et la population pour chacun des pays/régions concernés[1].

La structure du modèle s’appuie sur l’articulation de modules dédiés à travers trois niveaux d’analyse : les marchés énergétiques internationaux, les équilibres régionaux et les demandes nationales. Cette structure permet notamment de simuler le développement de nouvelles technologies, la production électrique, la production d’énergies primaires et les émissions sectorielles de gaz à effet de serre.

Le modèle POLES découpe le Monde en 57 régions, dont 45 pays détaillés (incluant l'ensemble des 27 pays de l'Union Européenne). Il couvre treize secteurs de demande énergétique.

Les bases de données du modèle ont été développées par l’IPTS, le LEPII et Enerdata. Les données sur les coûts technologiques et les performances proviennent de la base de données TECHPOL[2] - [3]. Les données historiques de demande énergétique, de consommation et de prix sont, quant à elles, compilées et fournies par Enerdata[4].

L’enrichissement de ces bases de données se fait de manière continue, le modèle POLES bénéficie ainsi continuellement des mises à jour des dernières données historiques disponibles.

POLES est utilisé dans la construction de scénarios prospectifs et leur analyse. Il peut notamment être utilisé pour étudier et tester différentes hypothèses sur les ressources et les politiques énergétiques afin d’identifier et de quantifier les variables fondamentales de la demande énergétique ainsi que les futures évolutions de la production d’électricité et des usages finaux de certaines technologies.

Même si le modèle n’établit pas les conséquences macro-économiques de la mise en place de solutions de mitigation (contrairement au rapport Stern), il fournit un panorama détaillé des coûts associés au développement de technologies propres ou à faible contenu carbone.

Combinant l’établissement de ces coûts à la production des profils d’émissions de GES, POLES peut alors produire des courbes de coût marginal d’abattement (Marginal Abatement Cost Curves ou MACCs en anglais) pour chaque région et secteur à différents horizons de temps. Ces courbes peuvent être utilisées pour établir le coût d’une réduction des émissions de GES dans le cadre d’analyse de politiques carbone ou pour simuler des marchés d’échanges de permis sous différentes règles et configurations[5] - [6].

De nombreuses études incluant des scénarios générés par le modèle POLES ont été lancées par plusieurs Directorats Généraux de la Commission Européenne[7] - [8], par des agences nationales de l’énergie, de l’environnement, de l’industrie et du transport[9] et par des acteurs internationaux privés du secteur de l’énergie[10].

Malgré le fait que POLES puisse modéliser des changements dans les valeurs ajoutées sectorielles ou des mutations entre secteurs, POLES n’est pas un modèle macro-économique car il n’intègre pas de boucle de rétroaction sur le Produit Intérieur Brut, celui n’est donc pas influencé dans le modèle par une taxation carbone, un effondrement de la production pétrolière ou des évolutions technologiques.

Le modèle ne couvre pas l’ensemble des émissions de GES (les émissions liées à l’utilisation des sols ne sont pas simulés et le secteur agricole est partiellement couvert). Le modèle ne permet donc pas d’établir une projection complète des stocks et des concentrations des GES et donc du réchauffement anthropique de la planète[11].

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