Coopération dans l’Industrie Pétrolière, jeu de Common Pool

By 18 May 2012

II. … Au jeu de Common Pool

Dans l’extraction de la ressource pétrolière, le problème du monopole n’est pas le seul problème. Il existe aussi un problème d’externalités qui se retrouve aussi dans les activités de recherche et développement de beaucoup d‘autres industries. Avant cela, il faut voir que ces problèmes viennent de la nature de la connaissance qui a les caractéristiques d’un bien publique : difficulté d’exclure, duplication facile et bon marché. Dans ce contexte la coopération peut jouer un rôle décisif pour essayer d’atténuer les effets de ce bien public sur l’incitation à l’effort.

*** L’appropriation d’un travail collectif

La nature du problème vient comme souvent de contraintes techniques qu’il faut surmonter pour atteindre l’efficience économique.

** Les contraintes techniques de l’exploitation

L’une des questions fondamentales de l’exploitation pétrolière est la vitesse à laquelle les acteurs se décident à extraire la ressource. Cette question est fondamentale pour 2 raisons; la première est économique et vient de l’exploitation collective : s’il y a plusieurs personnes à exploiter une ressource finie chacune voudra exploiter cette ressource le plus rapidement possible pour en extraire le plus possible. La seconde raison est purement technique car la quantité de pétrole que l’on va pouvoir tirer d’un gisement dépend de la vitesse à laquelle cela est réalisé.

Le rythme d’exploitation est déterminé par l’énergie disponible pour compenser la résistance au flux. Il est possible de classer chaque puits en fonction du mécanisme de poussé qui le caractérise. Il existe des réservoirs dont la poussé est entièrement réalisée par des gaz, et il existe des réservoirs dont la poussé est réalisée par de l’eau. Dans le premier cas le pétrole obtenu est remplacé par des gaz et dans le second par de l’eau, provenant de la porosité de la roche. Toutefois la plupart des gisements combine les 2 mécanismes.

L’épuisement du gisement va provenir d’abord de la dynamique d’écoulement spontané du réservoir. Plus l’eau joue un rôle important, moins la baisse de rythme est forte. Cette dynamique dépend du nombre de puits par lesquels s’échappent le pétrole et le gaz. De plus il semble que la récupération finale dépend du nombre de puits forés, jusqu’à une certaine limite. La localisation et le débit de chaque puits peuvent jouer un rôle important quant au volume récupérable et font l’objet d’études préalables. Il existe ainsi un rythme maximum de production efficace au-dessus duquel on détériore les forces naturelles qui assurent la dynamique et on perd en récupération totale. Ainsi ce n’est que 40% du pétrole que l’on peut récupérer; chaque amélioration de ce pourcentage a donc son importance.

Ainsi plus que d’épuiser le gisement les producteurs doivent avoir peur d’épuiser ce mécanisme qui permet de réaliser de substantielles économies. Ce n’est qu’une fois ces forces épuisées qu’il est utilisé des techniques de récupération par l’injection artificielle d’eau ou de gaz pour rétablir la pression. Ce qu’il faut c’est retarder l’utilisation de cette technique dite de récupération secondaire qui renchérit de manière importante les coûts de production.

** Les problèmes de l’exploitation collective

D’autre part, une des caractéristiques essentielles de l’exploitation de cette ressource vient de l’impossibilité d’être seul maître de la situation. En effet les réservoirs où vont être puisés le précieux liquide sont immenses et les contours sont trop mal connus. Plusieurs firmes sont donc amenées à exploiter le même réservoir de façon consciente ou non. Ce problème est inévitable et systématique maintenant par le mode d’allocation des licences sous formes de blocks dont la surface ne couvre jamais un réservoir entier. Chacun puise donc dans la même source à un moment ou à un autre.

Lorsqu’une réserve est exploitée en commun, l’arbitrage entre le présent et le futur, basé sur les seules opportunités de marché, est limité par le comportement opportuniste des autres exploitants : pourquoi un producteur accepterait-il de conserver de la ressource pour le futur, si les autres exploitants épuisent la ressource entre temps et le privent ainsi du bénéfice de son épargne ? Inversement, un producteur ne peut pas produire le plus vite possible dans la mesure où le mécanisme de récupération ne le supporterait pas.

D’un point de vue théorique même si la quantité de pétrole que chacun peut s’approprier dépend en partie de la taille des terrains qu’il détient, le seul fait d’exploiter en commun une poche implique que les possibilités de production de chacun sont techniquement affectées par les décisions des autres. Cette forme particulière d’externalité, dite de Common Pool, conduit à une exploitation trop importante. La règle générale est que conformément à l’intuition, des ressources détenues en commun sont nécessairement surexploitées, engendrent des surproductions et donc un gaspillage.

*** L’arbitrage en situation de Common Pool

** Le modèle de Hotelling

Le modèle de Hotelling est assez ancien car il date de 1931, mais a été relativement très utilisé depuis 1973 pour essayer de prédire une date d’épuisement des ressources pétrolières. Sa capacité prédictive c’est avéré fort mauvaise puisque malgré tous les raffinements qui lui ont été apporté on devrait manquer de pétrole depuis 1950 ou on devrait en avoir encore pour près de 1000 ans. Son intérêt est plus dans sa capacité à aider à analyser la situation.

Il part d’hypothèses traditionnelles :

– volume de réserve donné,

– fonction de demande invariable dans le temps,

– information parfaite (sur la taille et la localisation).

Pour maximiser son revenu total, le propriétaire producteur doit extraire les ressources à un rythme tel que le revenu perçu sur les ressources vendues aujourd’hui égalise le revenu qu’il percevrait s’il les vendait à tout autre moment du temps. Ainsi :

Tous les modèles économiques montrent que dans une économie en croissance, les prix des ressources épuisables doivent croître à un rythme au moins égal au taux d’actualisation. [Boiteux, 1976]

D’où la formule Pt=Poert

Où r=R’/R,

P le prix de la ressource,

r le taux d’actualisation,

et R la rente de rareté.

Cela exprime un équilibre intertemporel entre l’offre et la demande. Face à une offre se raréfiant avec le temps, la demande diminue puisque le prix de la ressource croît au rythme du taux d’intérêt. Au point d’épuisement le prix de la ressource est maximal et la demande disparaît. Ici la rente ne rémunère aucun facteur et ne s’explique que par la rareté et ne correspond à aucune structure de marché particulière.

** Le jeu

Avec les hypothèses précédentes, il s’agit de considérer le comportement de production de N firmes qui exploitent sans coût un gisement détenu en commun. Ce gisement est supposé petit par rapport à l’ensemble des réserves disponibles et la production totale du gisement pour l’instant t considérée comme dépourvu d’impact sur l’équilibre, et de ce fait sur les prix. L’objectif est de déterminer l’offre individuelle et agrégée des firmes qui détiennent en commun les réserves de taille R pour toute trajectoire de prix que l’on suppose bornée supérieurement.

Le comportement des firmes est guidé par le comportement suivant :

Si chaque firme tente de produire le plus possible tout de suite pour éviter que d’autres ne s’approprient la ressources avant elle, le gisement est épuisé instantanément. Si cette stratégie est la meilleure, toutes l’utilisent et obtiennent le Nième des réserves.

Si le prix de demain est suffisamment grand il devient tentant de garder des réserves pour en bénéficier plus tard. Ce comportement ne peut se produire à l’équilibre que lorsque la meilleure réponse à un comportement de conservation des autres est également de conserver.

Pour que cela vaille la peine d’attendre, il faut que la quantité conservée par une firme lui apporte au moins autant qu’elle lui aurait apporté aujourd’hui. Or si demain il y a épuisement avec équirépartition, la firme ne récupère que le Enième de ce qu’elle a conservé. Pour qu’elle accepte un tel arbitrage la firme doit donc obtenir N fois plus que si elle avait le plein contrôle de la quantité conservée.

Les technologies de production actuelles tendent à exclure la possibilité de niveau de production trop élevée : si le coût de production croît trop rapidement avec la quantité produite, un producteur ne trouvera pas avantageux de mettre instantanément des quantités considérables sur le marché.

On voit donc que le moment où se produit l’épuisement (qui est endogène) a un rôle essentiel dans le déroulement du jeu. Cependant malgré sa structure simple, ce jeu ne peut être facilement résolu : il incorpore une structure dynamique avec effet de mémoire (l’état du jeu en t dépend des réserves héritées en t-1) et un horizon endogène. En particulier, on ne peut le résoudre à rebours qu’à condition d’établir l’existence d’une date de fin qu’il faudra ensuite caractériser.

Toutefois, l’intuition essentielle de la solution peut être fournie par un jeu extrêmement simple à 2 périodes avec 2 joueurs que l’on peut présenter. On donne ensuite une caractérisation partielle des solutions du problème posé.

Soit le jeu suivant : 2 Euros sont posés sur une table; à la fin de la première période, la mise est multipliée par δ, qui est une sorte de récompense pour la sagesse. Chaque joueur peut tenter de s’approprier la mise en 0 ou en 1. Mais s’ils le font simultanément, ils sont obligés de partager les Euros. On suppose de plus pour simplifier qu’il n’y a aucun coût d’attente.

Firme A

Firme B

Options
Prendre Attendre
Options Prendre (1,1) (2,0)
Attendre (0,2) ( /2, /2)

A la date 1, il est certain pour les 2 joueurs, qu’il y aura partage de la mise. En 0, si on désigne par P la stratégie qui consiste à prendre et par A celle qui consiste à attendre.

La résolution du jeu dépend de la valeur du paramètre m :

si <4, (P,P) est le seul équilibre de Nash

si >4, (A, A) et (P, P) sont 2 équilibres de Nash; de plus (A, A) domine (P, P) au sens de Pareto.

Si =4, la stratégie à est faiblement dominée par la stratégie P, et (P, P) est le seul équilibre de Nash.

Ce jeu conserve, en la simplifiant, la structure du jeu de Common Pool. Avec R la taille de la réserve considérée, jouer P revient à jouer la stratégie permettant d’obtenir le meilleur de R/N et du complémentaire à R des quantités laissées par les autres. Jouer A, c’est produire moins que R/N aujourd’hui pour pouvoir bénéficier des prix plus élevés demain. On voit que même lorsque tous gagneraient à patienter, l’épuisement peut néanmoins se produire sur-le-champ. Le mauvais équilibre de Nash peut apparaître quelque soit la trajectoire des prix, y compris lorsque le prix de demain est arbitrairement grand. Le modèle de Hotelling ne tient donc plus. Enfin le cas δ = 4 apparaît comme un cas limite du cas < 4; jouer A conduit au mieux à obtenir la même chose qu’en jouant P et ne constitue pas un équilibre de Nash.

Le jeu de Common Pool possède donc la même structure et le même type de solution. La principale différence tient au fait que l’horizon du jeu dépend du comportement des producteurs et doit donc être déterminé dans sa résolution. On peut démontrer que le comportement des N firmes en situation de Common Pool, exploitant sans coût une réserve de taille R et maximisant leur flux actualisé de profit pour toute trajectoire de prix (Pt) peut être caractérisée de la manière suivante :

Tant qu’il existe un T tel que, pour tout t, t<T, PT>N(1+r)T-tPt, la production est nulle en t;

Dès que la condition précédente n’est plus vrai en t, pour tout T>t, PT<N(1+r)T-tPt et l’intégralité des réserves est vendue en t.

Le cas où il existe un T tel que (1+r)TNPt=Pt mérite une attention particulière : compte tenu de la linéarité de l’objectif, il est le seul qui pourrait engendrer des comportements non extrêmes (ni production nulle, ni épuisement) et donner une trajectoire de prix qui laisse les producteurs indifférents dans leur choix de production (on aurait ainsi la contrepartie de la règle de Hotelling). En fait, dans le cadre du jeu choisi, cette stratégie est dominée faiblement : en prenant juste le complément de ce que laissent les autres en terre, un seul producteur réalise instantanément autant de profit que s’il avait adopté le comportement de conservation des autres. On voit donc qu’il ne peut y avoir d’équilibre partiel dans le cadre choisi. Néanmoins, la trajectoire limite précédente est une contrepartie de la trajectoire des prix dans le modèle de Hotelling : les prix croissent au rythme du taux d’intérêt sauf à la dernière période où se produit un saut, d’autant plus grand que le nombre de firmes est important et que l’épuisement des réserves au prix p est atteint. Globalement la production est donc plus forte et l’épuisement des réserves est plus rapide quand il y a beaucoup de producteurs indépendants les uns des autres en situation de Common Pool.

** Les externalités

A chaque instant l’essentielle des réserves pétrolières ne serait directement soumis à aucune règle de propriété : la plupart des gisements sont inconnus et ne sont donc propriétés de personne. Aussi dans un premier temps, il est possible de considérer les réserves non découvertes comme un stock que les prospecteurs exploitent en commun. On retrouve alors au niveau de l’exploration une externalité du même type que celle décrite pour la production : chaque prospecteur, au lieu de pouvoir choisir librement la date à laquelle il explore, sera contraint de procéder dans l’urgence, pour que d’autres ne le fassent pas avant lui.

Ce raisonnement est toutefois partiellement inexact : il existe des droits de propriété sur les gisements, même inconnus; ils appartiennent aux propriétaires des terres sous lesquelles ils sont enfouis, même lorsque ces derniers ne le savent pas. Ainsi en théorie, le prix des terres reflète la valeur en probabilité des réserves qu’elles recèlent. Celui qui détient le droit de propriété sur la terre détient un actif risqué qui lui donne droit à la rente pétrolière quand les forages se révèlent fructueux.

Pourtant les chances d’être propriétaire de terres pétrolifères ne sont pas équi-distribuées : elles augmentent au contraire avec l’investissement consacré à l’activité de prospection de ces terres. On peut dire alors avec Bradley [1967] que «l’exploration pour une compagnie pétrolière est de même nature que l’activité de recherche et développement pour l’industrie manufacturière ». Le premier objectif pour une firme exploratrice est d’obtenir des droits de propriété sur des terres potentiellement riche en pétrole; il est de même type que l’obtention de brevet. C’est ainsi que différentes formes de droits de propriété peuvent être acquises par une firme : sans entrer dans les formes diverses de concessions pétrolières (oil lease) par lesquelles les compagnies obtiennent des droits d’exploration et d’exploitation exclusifs de terrains pétrolifères, on peut noter que ces contrats reflètent généralement un conflit d’intérêts entre les compagnies pétrolières et les propriétaires des terres : les clauses des contrats prévoient le plus souvent des obligations de prospecter et de mettre rapidement les gisements en exploitation, obligation que les compagnies cherchent à contourner.

On peut y voir 2 causes :

Les différents partenaires n’ont pas la même préférence pour le présent, pour les compagnies pétrolières, l’objectif d’acquérir des réserves est prioritaire sur celui de la production immédiate.

Elles sont dans une situation de course aux gisements.

On voit alors que l’externalité peut prendre différentes formes : le propriétaire d’un puits peut n’internaliser d’aucune manière la raréfaction, s’il exploite le gisement en situation de Common Pool. Mais, si son puits est l’unique accès à la poche pétrolifère, il pourra gérer de manière optimale cette poche. D’autre part, des procédures d’unitization pourraient tenter d’empêcher de tels comportements, mais ces procédures sont en réalité difficilement applicables à cause de la taille des concessions et à cause de la difficulté à délimiter les poches de façon indépendante. Une autre méthode consisterait au rationnement en limitant le nombre de puits autorisés par unité de surface (prorationing); cela impliquerait toutefois une connaissance parfaite du terrain et un contrôle étatique fort que beaucoup se refusent à utiliser par principe.

Les externalités apparaissent aussi au niveau informationnel. L’information apparaît elle-même comme une ressource rare, donc génératrice de rente. Elle représente une forme générale de capital dont les propriétés sont très proches de celles d’un bien public; dans la mesure où le capital informationnel semble être une source de rente essentielle dans le cadre des ressources non renouvelables et du pétrole en particulier, il est indispensable d’énoncer 3 propriétés qui lui sont liées.

Tout d’abord le seul fait d’utiliser le capital informationnel conduit à le transmettre en partie aux autres acteurs économiques. Il est très difficile d’empêcher les concurrents de s’approprier ces connaissances. Il s’agit là d’une deuxième externalité, distinct de l’effet de Common Pool, qui, pour les gisements pétroliers, tient notamment au fait qu’ils tendent à être proche géographiquement. Trouver un premier gisement sur un terrain dans une région inexplorées par les autres, c’est fournir une information précieuse et gratuite à tous les propriétaires actuels ou futurs des terrains adjacents. Cette forme d’externalité limite nécessairement l’accumulation coûteuse d’information. Le capital informationnel peut donc être rare sans que personne souhaite en accumuler, contrairement à ce qui a été vérifié pour les autre formes de capital.

La deuxième propriété du capital informationnel tient à la manière dont il est accumulé. La valeur d’une information supplémentaire, et le prix que l’on est prêt à payer pour l’acquérir, sont en fonction du capital informationnel déjà détenu par celui qui veut l’acquérir mais aussi par les autres. La valeur d’une information réside partiellement au moins dans le différentiel d’information. Ainsi on a vu l’importance d’accumulation d’informations scientifiques et géologiques dans le cas de la prospection qui permet de donner du sens à des phénomènes que d’autres ne peuvent même pas voir.

La troisième propriété découle en partie des 2 précédentes. La rente que génère la détention de capital informationnel rare tient à ce que cette information porte sur l’existence, la localisation et le moyen d’accéder à des propositions de rente jusqu’alors ignorées. Aussi longtemps que le détenteur de la position de rente peut en dissimuler la rareté, il peut jouir de la rente liée à cette position sans susciter des comportements concurrentiels qui la menaceraient.

Industrie du pétrole : Alliances dans l’Industrie Pétrolière
Mémoire réalisé dans le cadre du DEA D’Economie Industrielle
Université de Rennes 1

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Mc Kie et Mc Donald [1962] expliquent le phénomène : « Since water moves more freely than oil through the tiny pores and interstices of oil-bearing rock; too rapid production of oil, with consequent sharp reduction of pressure around the well itself, may allow water to surround and by-pass in-place oil, which usually means permanent loss ».
C’est en particulier le cas en Mer du Nord et dans le Golfe du Mexique où la taille des blocks est assez petite.
Elles sont propriétés de la collectivité mais cela revient au même dans la mesure où il y aura appropriation après offre de concessions par les Etats.
C’est à dire le regroupement de tous les puits sous un contrôle unique.