Optimal government subsidy strategies for improving charging stations in ride-hailing services

Résumé technique : Stratégies optimales de subventions gouvernementales pour l'amélioration des stations de recharge dans les services de VTC

Énoncé du problème
L'intégration des véhicules à énergie nouvelle (VEN) dans les services de VTC (véhicules de transport avec chauffeur) a créé une dépendance critique entre l'efficacité du VTC et l'infrastructure de recharge. Alors que les gouvernements du monde entier ont déplacé l'accent des subventions de l'achat de véhicules vers l'infrastructure de recharge, la stratégie optimale pour soutenir spécifiquement le secteur du VTC reste incertaine. La littérature existante néglige souvent l'interaction entre les plateformes de VTC, les fournisseurs de recharge hétérogènes (charge rapide vs conventionnelle) et les conditions de marché spécifiques, telles que les niveaux de développement économique urbain. Cet article comble cette lacune en étudiant comment différentes stratégies de subventions gouvernementales — subventions de recharge (pour les conducteurs), subventions d'utilisation (pour les opérateurs de stations) et subventions de construction (pour la construction d'infrastructures) — impactent les résultats d'équilibre d'un écosystème concurrentiel de VTC et de recharge.

Méthodologie
Les auteurs développent un modèle de théorie des jeux impliquant quatre entités clés : une plateforme de VTC, un fournisseur de services de recharge conventionnelle (Fournisseur-c), un fournisseur de services de recharge rapide (Fournisseur-f) et le gouvernement. Le modèle intègre :

• Un processus de décision en deux étapes : Les conducteurs décident d'abord s'ils deviennent actifs en fonction de leurs revenus et de la commodité de recharge, puis choisissent entre une recharge rapide ou conventionnelle en fonction du prix, du temps d'attente et de la distance de trajet.
• Scénarios de subvention : Trois stratégies distinctes sont analysées :
  1. Stratégie NC : Subvention de recharge ($\tau$) pour les conducteurs utilisant des stations de recharge rapide.
  2. Stratégie NU : Subvention d'utilisation ($\mu$) pour le Fournisseur-f basée sur l'utilisation de la station.
  3. Stratégie NB : Subvention de construction ($\eta$) pour le Fournisseur-f basée sur le nombre de stations construites.
• Extensions : Le modèle de base est étendu pour inclure des scénarios où la plateforme investit dans des stations de recharge rapide via une participation au capital, ainsi que des scénarios tenant compte de l'hétérogénéité de la sensibilité des conducteurs au nombre de stations de recharge.
• Analyse : L'étude utilise l'induction remontante (backward induction) pour dériver les décisions d'équilibre (prix, nombre de stations, tarifs) et effectue des analyses de sensibilité sur des paramètres tels que les externalités de réseau, la différenciation du coût du temps de recharge ($\Delta$) et les coefficients de coût de construction ($k$).

Principales contributions

1. Substituabilité et dominance : L'article établit que les subventions de recharge et les subventions d'utilisation sont mutuellement substituables, exerçant des impacts similaires sur l'équilibre du marché. En revanche, les subventions de construction jouent un rôle distinct et positif. L'étude identifie un seuil critique : lorsque les subventions de construction dépassent un certain niveau, la stratégie de subvention de construction domine les subventions de recharge et d'utilisation, produisant des résultats supérieurs pour toutes les entités.
2. Rentabilité non linéaire : Contrairement aux attentes intuitives, la recherche montre que les fournisseurs de recharge rapide n'augmentent pas toujours leur rentabilité à mesure que la différenciation du coût du temps de recharge ($\Delta$) augmente. Des coûts de construction élevés ($k$) combinés à une différenciation élevée peuvent conduire à une réduction de la capacité du marché et à des profits moindres.
3. Seuils marginaux : L'analyse révèle que les seuils de subvention de construction marginaux requis pour garantir une situation "gagnant-gagnant" pour toutes les entités ne se croisent pas. Cela implique que l'obtention d'un résultat universellement bénéfique nécessite des niveaux de subvention spécifiques et non chevauchants selon la stratégie choisie.
4. Implications politiques régionales : L'étude fournit un cadre pour adapter les stratégies de subvention aux conditions économiques locales. Les régions développées, caractérisées par des taux de service et une sensibilité plus élevés, sont mieux adaptées aux subventions d'utilisation ou de recharge. À l'inverse, les régions sous-développées peuvent obtenir de meilleurs résultats avec des subventions de construction pour surmonter les barrières initiales d'infrastructure.

Résultats clés

• Impact des subventions : L'augmentation des subventions de recharge ou d'utilisation incite le fournisseur de recharge rapide à augmenter les tarifs supplémentaires, tandis que les subventions de construction stimulent directement l'expansion des stations sans modifier la structure tarifaire.
• Conditions gagnant-gagnant : Un scénario "gagnant-gagnant" pour la plateforme, les deux fournisseurs et les passagers est réalisable sous la stratégie de subvention de construction si le niveau de subvention ($\eta$) dépasse le maximum des seuils spécifiques ($\max\{\eta_2, \eta_5, \eta_6\}$).
• Investissement de la plateforme : Lorsque la plateforme coopère avec le fournisseur de recharge rapide via une participation au capital, la région du "gain quintuple" (incluant les passagers) rétrécit sous la stratégie de subvention de construction mais s'élargit sous la stratégie de subvention d'utilisation à mesure que le ratio de participation augmente.
• Sensibilité des conducteurs : L'hétérogénéité de la sensibilité des conducteurs à la disponibilité des stations de recharge confirme la robustesse du modèle de base. Les conducteurs privilégiant l'efficacité de la recharge rapide ($\rho_1$) élargissent la région de gain multiple, tandis que la sensibilité aux stations conventionnelles ($\rho_2$) peut contraindre l'efficacité des subventions d'utilisation.

Signification et affirmations
L'article affirme que ses conclusions offrent des orientations critiques pour les autorités gouvernementales et les gestionnaires de VTC. Il soutient qu'une approche de subvention "universelle" est inefficace ; au contraire, la politique doit être contingente aux niveaux de développement économique locaux et à la structure spécifique du marché (par exemple, si la plateforme investit dans l'infrastructure). L'étude souligne que, bien que les subventions de construction soient généralement plus robustes et positives, leur dominance est conditionnée par le dépassement de seuils spécifiques. De plus, la recherche met en évidence que les plateformes de VTC sont motivées à investir dans l'infrastructure de recharge rapide, particulièrement dans les zones urbaines développées, afin d'améliorer l'efficacité du service. Enfin, l'article note que la recherche d'efficacité de recharge par les conducteurs agit comme un catalyseur pour le développement durable du transport urbain, à condition que les stratégies de subvention soient alignées sur ces dynamiques de marché.

Limites
Les auteurs reconnaissent que le modèle exclut actuellement les véhicules à énergie nouvelle privés qui ne participent pas au VTC, lesquels représentent une base de clients importante pour les fournisseurs de recharge. De plus, le modèle simplifie la concurrence du marché à un ensemble spécifique de fournisseurs, alors que les marchés réels peuvent impliquer des dynamiques de concurrence plus complexes à trois ou plusieurs parties.