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Does the Elasticity of Substitution Between Capital and Energy Bolster Economic Growth? Ves Approach

Cet article analyse des données provenant de 58 pays pour démontrer que le capital et l'énergie agissent comme des compléments dans la production, ce qui implique que garantir des approvisionnements en énergie efficaces et renouvelables est essentiel pour soutenir la croissance économique à long terme.

Auteurs originaux : Celil AYDIN, Reyhan Demir Onay

Publié 2026-10-15

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Celil AYDIN, Reyhan Demir Onay

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La croissance économique est souvent imaginée comme une machine qui fonctionne avec un seul carburant, mais en réalité, c'est un système complexe où différents ingrédients doivent travailler ensemble. Pour construire une maison, vous avez besoin à la fois de bois et de clous ; avoir plus de bois ne sert à rien si vous manquez de clous, et avoir des clous en surplus est inutile sans bois. Dans l'économie mondiale, deux des ingrédients les plus critiques sont le capital physique — les machines, les usines et les infrastructures qu'un pays possède — et l'énergie, la puissance qui fait fonctionner ces machines. Pendant des décennies, les économistes ont débattu de la manière dont ces deux ingrédients se rapportent l'un à l'autre. Certains ont soutenu que si un pays manque d'énergie, il peut simplement la remplacer par plus de machines ou de technologie, un peu comme si l'on échangeait un outil contre un autre. D'autres soupçonnent que l'énergie et les machines sont liés dans une relation plus étroite, où l'un ne peut véritablement fonctionner sans l'autre. Comprendre cette relation est vital pour les décideurs politiques qui veulent assurer une croissance régulière à leurs nations sans manquer de puissance ou endommager l'environnement.

Une nouvelle étude menée par les chercheurs Celil Aydin et Reyhan Demir Onay porte un regard neuf sur cette question en examinant les données de 58 pays sur une période allant de 1975 à 2017. Au lieu de supposer que la relation entre l'énergie et le capital est fixe, les auteurs ont utilisé un outil mathématique flexible appelé fonction de production à élasticité de substitution variable. Cette approche permet à la relation entre les deux facteurs de changer au fil du temps et selon la quantité de chacun utilisée par un pays, offrant une image plus réaliste que les anciennes méthodes qui supposaient une relation constante. Pour rendre leurs conclusions plus significatives, les chercheurs n'ont pas seulement considéré les pays comme un bloc unique. Ils les ont classés en quatre groupes distincts basés sur deux caractéristiques spécifiques : l'efficacité avec laquelle ils utilisent l'énergie pour produire des biens, et s'ils produisent plus d'énergie qu'ils n'en consomment ou s'ils dépendent des importations d'autres nations. Cette classification a permis de voir si les règles de la croissance économique diffèrent pour un pays qui brûle beaucoup d'énergie par rapport à un pays qui l'utilise avec parcimonie, ou pour une nation qui exporte du pétrole par rapport à une nation qui doit en acheter.

Les chercheurs ont analysé les données pour voir si l'énergie et le capital agissent comme des substituts, où l'un peut facilement remplacer l'autre, ou comme des compléments, où ils doivent être utilisés ensemble. Leurs conclusions ont été claires et cohérentes dans les quatre groupes de pays : l'énergie et le capital sont des compléments. En termes simples, cela signifie que les machines et la puissance sont des partenaires qui ont besoin l'un de l'autre pour produire des résultats. L'étude a montré que lorsqu'un pays dispose de plus d'énergie, cela encourage l'accumulation de davantage de capital, ce qui, à son tour, stimule la croissance économique à long terme. Inversement, si un pays est confronté à une pénurie d'énergie, il ne peut pas simplement compenser en ajoutant plus de machines ; le manque de puissance freinera l'ensemble du système. Les données ont montré que cette relation de complémentarité est particulièrement forte dans les pays qui utilisent l'énergie de manière intensive. Dans ces nations, le lien entre l'énergie et le capital est plus serré, suggérant que toute perturbation dans l'approvisionnement énergétique aurait un impact plus sévère sur leur croissance économique que dans les pays qui utilisent l'énergie plus efficacement.

L'étude a également révélé que la facilité d'accès à l'énergie influence cette relation. Les pays qui sont des exportateurs nets d'énergie, c'est-à-dire qu'ils en produisent plus qu'ils n'en consomment, ont montré un lien de complémentarité plus fort entre l'énergie et le capital par rapport aux pays qui doivent importer leur énergie. Cela suggère que disposer d'un approvisionnement énergétique sûr et facile renforce le partenariat entre la puissance et la machinerie, permettant à l'économie de fonctionner plus sereinement. Cependant, les chercheurs ont noté que même dans les pays ayant des niveaux élevés de technologie et d'efficacité, le besoin fondamental tant d'énergie que de capital demeure. Les résultats remettent en question l'idée selon laquelle les pays pourraient simplement passer à l'utilisation de plus de machines pour surmonter les pénuries d'énergie. Au contraire, les conclusions suggèrent que la croissance durable dépend du maintien d'un flux d'énergie stable et efficace.

Pour les décideurs politiques, ces résultats offrent une voie claire à suivre. Puisque l'énergie et le capital fonctionnent mieux ensemble, la stratégie la plus efficace pour la croissance à long terme n'est pas d'essayer de remplacer l'énergie par autre chose, mais d'en assurer un approvisionnement fiable. L'étude suggère que se concentrer sur l'efficacité énergétique et la transition vers des sources d'énergie renouvelables peut aider les pays à atteindre leurs objectifs économiques tout en respectant leurs cibles environnementales. En sécurisant un flux d'énergie stable, les nations peuvent soutenir l'accumulation de capital et stimuler la croissance sans le risque d'être freinées par des pénuries d'énergie. La recherche confirme que dans le moteur de l'économie moderne, l'énergie n'est pas seulement un carburant qui peut être échangé ; c'est un partenaire essentiel qui doit être entretenu aux côtés des machines qu'elle alimente.

Résumé technique : L'élasticité de substitution entre le capital et l'énergie favorise-t-elle la croissance économique ? Une approche par la fonction VES

Énoncé du problème
L'article traite de la relation critique entre la consommation d'énergie, l'accumulation de capital et la croissance économique durable. Bien que l'énergie soit un facteur de production fondamental, la facilité avec laquelle elle peut être substituée au capital (l'élasticité de substitution, ou EoS) reste une variable litigieuse et sous-explorée dans la modélisation de la croissance. La littérature traditionnelle repose souvent sur des fonctions Cobb-Douglas (où l'EoS est fixée à 1) ou des fonctions d'élasticité de substitution constante (CES) (où l'EoS est constante mais pas nécessairement égale à 1). Les auteurs soutiennent que ces modèles peuvent échouer à capturer la réalité, car la substituabilité entre les facteurs est susceptible de varier dans le temps et selon les parts relatives de ces facteurs. Plus précisément, l'étude cherche à déterminer si l'EoS entre le capital et l'énergie est constante ou variable, et comment cette élasticité impacte la croissance économique à long terme selon différents profils de pays.

Méthodologie
L'étude utilise une fonction de production à élasticité de substitution variable (VES) imbriquée, intégrée au modèle de croissance standard de Solow-Swan. Ce cadre est appliqué à un ensemble de données agrégées couvrant 58 pays sur la période 1975–2017.

Structure du modèle : Les auteurs utilisent une fonction VES à deux niveaux d'imbrication. Le premier niveau imbrique les intrants physiques (capital et énergie), et le second imbrique ces intrants physiques avec le travail. La forme générale permet au paramètre d'EoS ( $b_2$ $b_{2}$ ) entre le capital et l'énergie de varier en fonction du ratio capital-énergie ( $K/E$ $K / E$ ).
- Si $b_2 < 0$ , le capital et l'énergie sont des compléments.
- Si $b_2 > 0$ , ils sont des substituts.
- Si $b_2 = 0$ , la fonction revient à une forme CES ou Cobb-Douglas.
Classification des données : Pour fournir une analyse nuancée, les 58 pays sont classés en quatre sous-groupes distincts selon deux critères :
1. Intensité énergétique : Classés comme « Faible » ou « Élevée » sur la base du ratio de consommation d'énergie primaire par rapport au PIB (en utilisant les données de 2013).
2. Accessibilité énergétique : Classés comme « Exportateur net d'énergie » ou « Importateur net d'énergie » sur la base des balances commerciales de 2013.
  Cela aboutit à quatre groupes : (1) Faible intensité/Exportateur, (2) Faible intensité/Importateur, (3) Haute intensité/Exportateur, et (4) Haute intensité/Importateur.
Technique d'estimation : L'équation log-linéarisée de base est estimée à l'aide de la méthode de régression des moindres carrés non linéaires (NLLS). L'étude utilise à la fois le travail brut et le travail ajusté au capital humain (dérivé de la Penn World Table) comme intrants de production. Les valeurs initiales pour l'estimation NLLS sont dérivées de régressions par les moindres carrés ordinaires (OLS).

Résultats clés
Les conclusions empiriques, dérivées des estimations NLLS, produisent plusieurs conclusions significatives :

Rejet de l'élasticité constante : L'hypothèse nulle selon laquelle les paramètres d'EoS ( $b_1$ et $b_2$ ) sont nuls est rejetée pour tous les groupes de pays. Cela confirme que l'élasticité de substitution est effectivement variable et change au fil du temps, soutenant l'utilisation de la fonction VES par rapport aux modèles CES ou Cobb-Douglas.
Complémentarité : Pour les quatre groupes de pays, le paramètre $b_2$ estimé est négatif. Cela indique que le capital et l'énergie sont des compléments, et non des substituts, dans le processus de production. Une hausse du ratio capital-énergie réduit l'élasticité de substitution, renforçant ainsi la relation de complémentarité.
Impact de l'intensité énergétique : L'ampleur de la complémentarité est plus forte dans les pays à « Haute intensité énergétique » par rapport aux pays à « Faible intensité énergétique ». Cela suggère que les pays ayant une utilisation moins efficace de l'énergie présentent un lien plus étroit entre le capital et l'énergie.
Impact de l'accessibilité énergétique : Au sein du groupe à « Haute intensité énergétique », les exportateurs nets d'énergie présentent une complémentarité plus forte que les importateurs nets d'énergie. De même, dans le groupe à « Faible intensité énergétique », les exportateurs présentent une complémentarité plus forte que les importateurs. Les auteurs en déduisent qu'un accès plus facile à l'énergie renforce la relation de complémentarité entre l'énergie et le capital.
Implications pour la croissance : Parce que le capital et l'énergie sont des compléments, une pénurie de l'offre d'énergie entrave directement l'accumulation de capital et, par conséquent, la croissance économique à long terme. L'étude conclut que l'EoS est généralement inférieure à l'unité, ce qui implique que le capital ne peut pas facilement remplacer l'énergie pour maintenir les niveaux de production.

Principales contributions
L'article revendique deux contributions primaires à la littérature existante :

Avancement méthodologique : Bien que les études sur les fonctions de production VES soient limitées par rapport aux modèles Cobb-Douglas et CES, cet article applique la fonction VES imbriquée spécifiquement à la relation capital-énergie au sein d'un cadre de croissance de type Solow. Cela offre une estimation plus réaliste de l'EoS qui tient compte des changements temporels et structurels.
Schéma de classification novateur : Contrairement aux études précédentes qui classent les pays selon leur niveau de revenu, cette recherche classe les pays en fonction de leur intensité énergétique et de leur accessibilité énergétique (importateur vs exportateur). Les auteurs soutiennent que cette classification est plus pertinente pour analyser la dynamique énergie-capital, permettant un examen granulaire de la manière dont la sécurité et l'efficacité énergétiques affectent l'élasticité de la croissance.

Signification et implications politiques
L'étude conclut que l'hypothèse de substituabilité entre le capital et l'énergie est erronée ; ils fonctionnent plutôt comme des compléments. Par conséquent, l'article soutient que les politiques visant uniquement à réduire la consommation d'énergie sans traiter la sécurité de l'offre ou l'efficacité peuvent impacter négativement la croissance économique.

Les auteurs suggèrent que pour atteindre une croissance durable, les décideurs politiques devraient se concentrer sur :

L'utilisation efficace de l'énergie : Améliorer l'efficacité énergétique pour atténuer les effets négatifs de la complémentarité.
L'offre renouvelable : Répondre à la demande d'énergie par des sources renouvelables. Cette approche permet de maintenir la croissance économique tout en respectant les objectifs de politique environnementale.

L'article postule que, puisque le capital et l'énergie sont des compléments, garantir un flux d'énergie stable et efficace est un prérequis à l'accumulation de capital et au développement économique à long terme. Les résultats soutiennent l'idée que la sécurité de l'approvisionnement énergétique est aussi cruciale que la sécurité nationale pour la stabilité économique.

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