Problèmes de valorisation et organisation dans les marchés d’énergie.

Résumé Pendant les trente dernières années, l'industrie électrique a connu des changements considérables dans son organisation, et ce partout dans le monde. Industrie traditionnellement centralisée, organisée en monopole, au moins localement, souvent détenue publiquement, la production et la fourniture d'électricité s'est progressivement ouverte aux règles du marché et de la concurrence. A ce jour, un grand nombre de pays se sont dotés de marchés de gros où producteurs et fournisseurs s'échangent de l'électricité afin de satisfaire les besoins des consommateurs finaux. Ces marchés ne sont plus seulement nationaux et les échanges transfrontaliers sont de plus en plus fréquents. La question de l'organisation de ces marchés est primordiale compte tenu de l'ampleur des conséquences en cas de défaillance (on se souvient de la crise californienne ou du scandale Enron en 2001). Plus généralement, ce sont les marchés d'énergie dans leur ensemble qui se sont transformés dans un contexte de croissance de la demande, de menace d'épuisement des énergies fossiles, de prise de conscience environnementale et de tensions politiques pour l'accès aux ressources. Autour d'un marché du pétrole sous pression, les marchés du gaz et du charbon ont vu leurs volumes augmenter. La signature du protocole de Kyoto et la mise en place d'une politique volontariste de réduction des émissions de gaz à effet de serre ont abouti à la création de marchés de permis d'émission et stimulé le recours aux énergies renouvelables, aux biocarburants ainsi qu'à l'énergie nucléaire. L'exposition de plus en plus forte de l'économie mondiale aux prix de l'énergie a ammené les marchés financiers a développer des produits de gestion de risque adaptés au monde des commodités (énergie, agriculture, métaux). Ce sont des produits de gestion de risque de prix, mais aussi de risque de volume, afin de couvrir le risque de fluctuation de la demande. Ce sont aussi maintenant des produits dérivés ou d'assurance sur le risque climatique. Cette thèse de doctorat s'inscrit dans ce contexte. Elle est composée de quatre chapitres qui peuvent être lus de manière indépendante. Le premier chapitre concerne la valorisation d'actifs de production du type centrale thermique. Cette méthode de valorisation Option Réelle se base sur un calcul d'indifférence d'utilité et permet la prise en compte de contraintes de production et de frictions de marché. La valeur d'actif est caractérisée à l'aide d'équations différentielles stochastiques rétrogrades et donne accès à des méthodes de résolution du type Monte Carlo et EDP. Le second chapitre s'intéresse à la valorisation des actifs de stockage du type barrage hydraulique. Le rendement moyen de l'actif est caractérisé comme l'unique solution de viscosité d'une équation aux dérivées partielles non linéaire. L'implémentation numérique par un schéma aux différences finies est discutée. Le troisième chapitre est dédié à une modélisation du marché des permis d'émissions de CO2. Un modèle d'équilibre concurrentiel à deux marchés (spot d'électricité et droits d'émission) est introduit en environnement aléatoire. Les prix d'équilibres ainsi que les stratégies des acteurs sont caractérisés grâce à une propriété d'agent représentatif. On discute alors l'impact de la régulation CO2 sur les prix de l'électricité et l'introduction de nouvelles règles de marché permettant de diminuer l'augmentation des prix de l'électricité. Le dernier chapitre est une étude des relations entre gestion des risques et structure industrielle des acteurs. On introduit et caractérise l'équilibre compétitif d'une économie à trois marchés, retail, forward et spot, en présence d'incertitude. Les acteurs peuvent avoir des structures industrielles différentes, fournisseur, producteur, trader ou être verticalement intégrés. On dérive la relation entre les prix sur les différents marchés et on compare l'impact sur les prix et les utilités de la présence d'un marché à terme ou d'acteurs intégrés.