Trois essais sur la gestion des externalités spatiales : Invasions biologiques, épidémies de la plante et épidémies humaines

Three essays on the economics of spatial externalities : Biological invasions, plant epidemics, and human epidemics

• Auteur / Autrice : Cesar Martinez
• Direction : Pierre Courtois, Charles Figuières
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences économiques
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Economie Gestion de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Économie de l'Environnement - Montpellier (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Quérou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Courtois, Charles Figuières, Nicolas Quérou, Jean-Christophe Pereau, Katheline Schubert, Arnaud Rault, Raouf Boucekkine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Pereau, Katheline Schubert

Mots clés

Mots clés libres

Externalité spatiale

Épidémie

Espèce invasive

Théorie des jeux

Optimisation

Acceptabilité sociale

Spatial externalitie

Epidemic

Invasive specie

Game theory

Optimization

Social acceptability

Résumé

Avec la croissance des échanges mondiaux, les dommages économiques liés aux espèces invasives ne cessent de s'intensifier, de même, comme en témoigne la pandémie de Covid-19, que les menaces liées aux maladies infectieuses émergentes. Cette thèse porte sur la gestion des maux publics biologiques. Ces derniers se caractérisent par des dynamiques de populations associées à des mécanismes de propagation et de contagion et produisent des externalités spatiales. L'objet de la thèse est de faire progresser notre compréhension de la gestion de ces externalités. Trois articles scientifiques sont proposés et se déclinent dans la thèse en trois chapitres.Nous nous intéressons d'abord au problème de l'optimisation de l'allocation d'un budget limité pour la gestion spatiale d'une espèce invasive. Pour ce faire, un modèle bioéconomique est construit et calibré à partir de données de terrain concernant la gestion d'une plante invasive, la Jussie (Genus Ludwigia) dans le parc naturel régional de la Brière. En s'appuyant sur des données d'inventaire sur la période 1999-2019, nous calibrons un modèle de dispersion interannuelle, ainsi qu'un modèle de coûts de gestion spatialisés. L'utilisation des données d'une expérience de choix discret nous permet de calibrer un modèle sur les bénéfices spatialisés de la gestion. Couplant ces trois modèles, nous proposons un critère de décision spatialisé. Empiriquement, l'analyse permet de constater d'importantes hétérogénéités spatiales, notamment concernant les bénéfices et la dynamique de propagation de l'invasion. Cela confirme l'importance de la priorisation spatiale consistant à mettre en œuvre des stratégies de gestion spatialement explicites. Nous abordons ensuite un problème de gestion décentralisée d'une épidémie touchant des cultures pérennes, en adoptant un focus sur l'inefficacité sociale d'une gestion privée. En s'inspirant du problème de gestion de la Sharka, une maladie touchant les arbres du genre Prunus, un modèle à trois périodes est présenté. Le modèle porte sur une gestion binaire, agir / ne pas agir, d'un pathogène se propageant sur deux exploitations contiguës, et est formulé sous la forme d'un jeu dynamique avec information feedback complète. L'analyse de ce jeu permet notamment de s'intéresser au rôle des interactions stratégiques dans le contexte d'une gestion décentralisée. En s'appuyant sur des analyses théoriques et numériques, il est montré qu'à l'équilibre, la distribution des efforts de gestion n'évolue pas de manière monotone lorsque les niveaux d'infections initiaux augmentent. Des comportements de passager clandestin visant à profiter de l'externalité associée à une gestion future contribuent à expliquer ce résultat. Nous montrons également que selon l'état initial de l'épidémie, des situations de multiplicité ou d'absence d'équilibre sont susceptibles de se produire. Enfin, nous montrons que les inefficacités sociales dépendent elles aussi des conditions initiales de l'épidémie. Ces inefficacités proviennent du fait que les propriétaires n'internalisent pas les externalités positives générées par leur gestion, et sont parfois augmentées en présence d'effets stratégiques de type passager clandestin.Dans un dernier chapitre, nous considérons le problème d'un régulateur en charge de définir une politique de santé publique pour gérer une épidémie humaine. La question de la manière dont le régulateur est influencé par l'acceptabilité sociale des mesures de gestion est posée. Nous expliquons notamment pourquoi l'acceptabilité associée aux mesures de restrictions est susceptible d'augmenter lorsque l'application des mesures par l'ensemble de la population devient nécessaire pour contrôler l'épidémie. Bien qu'une politique différenciée précoce soit socialement préférable, nous montrons que le régulateur peut être amené à proposer une politique uniforme tardive, dans le cas où l'acceptabilité de cette dernière est grande en comparaison de celle des politiques précoces.

As evidenced by the Covid-19 pandemic, the economic damage caused by invasive species and the threat of emerging infectious diseases are increasing. This thesis focuses on the management of these particular biological public bads characterized by spread and contagion processes producing spatial externalities. The objective of the thesis is to improve our understanding of the management of these externalities. Three scientific articles are proposed and presented as thesis chapters.We first address the problem of optimizing the allocation of a limited budget for the spatial management of an invasive species. A bioeconomic model is developed and calibrated from field data on the management of an invasive plant, the primrose willow (genus Ludwigia) in the Brière regional park. Based on available data for the period 1999-2019, we calibrate an interannual dispersion model, as well as a spatialized management cost model. Using data from a discrete choice experiment on willingness to pay for spatially explicit management of primrose willow in the park, we calibrate a management benefit model. By coupling these three models, we propose a spatialized decision criterion for allocating management efforts. This criterion, and its application to a concrete case, is an original contribution to the literature. More specifically, concerning our case study, we observe important spatial heterogeneities, notably on the benefits and the dynamics of invasion spread. Accounting for these heterogeneities, the criterion recommends a spatial prioritization of management showing the importance of implementing spatially explicit management strategies.Second, we address the problem of decentralized management of an epidemic affecting perennial crops by focusing on the social inefficiency of private management. Inspired by the Sharka management problem, a game theoretic analysis is proposed. We model a two-player dynamic game with complete information applied to the private management of a pathogen spreading on two contiguous properties. Analysis of the game's payoffs and outcomes provides insight into the role of strategic interactions in decentralized epidemic management. Based on theoretical and numerical analyses, we show that in equilibrium, the distribution of management effort does not evolve monotonically as the initial infection level increases. Free-riding behavior aimed at taking advantage of the externality produced by next periods management contributes to explain this result. Depending on the initial state of the epidemic, we show that there can be multiple or no equilibria. Finally, we show that social inefficiencies also depend on the initial epidemic conditions. The inefficiency stems both from the fact that private owners do not internalize the externalities generated by their management, and from strategic free-riding effects.Third, we address the problem of designing public health policy during a pandemic. Considering a stylized model, we analyze how public acceptability impacts the timing and nature of public health policies. We explain why the acceptability of a uniform policy is likely to increase as the epidemic grows. The conditions under which the regulator prefers to wait and propose a late uniform policy are illustrated in terms of the relative values of the acceptance probabilities. Although an early differentiated policy is socially preferable, we show that the regulator can propose a late uniform policy when the social acceptability of the latter is sufficiently large relative to early proposals.