Chapitre 11Microéconomie avancée

Introduction

Le chapitre 6 a introduit la théorie du consommateur par la maximisation de l'utilité et le lagrangien. Ce chapitre abandonne la béquille des formes fonctionnelles spécifiques et construit la théorie à partir de fondements axiomatiques. Nous posons les questions : quand les préférences peuvent-elles être représentées par une fonction d'utilité ? Quelles propriétés les fonctions de demande doivent-elles satisfaire ? Et sous quelles conditions un système de marchés concurrentiels alloue-t-il les ressources efficacement ?

Le changement de méthode est du calcul à la preuve. La partie II résolvait des problèmes d'optimisation. La partie III démontre des théorèmes — établissant quels résultats sont robustes et lesquels dépendent d'hypothèses spéciales.

À la fin de ce chapitre, vous serez capable de :
  1. Énoncer les axiomes de préférence et les conditions de représentation par l'utilité
  2. Définir WARP et SARP et tester la cohérence de la préférence révélée
  3. Dériver la fonction de dépense et la demande hicksienne par la dualité
  4. Énoncer et vérifier les propriétés de la matrice de Slutsky
  5. Définir l'équilibre walrasien et démontrer le premier théorème du bien-être
  6. Énoncer le second théorème du bien-être et expliquer ses implications politiques

Prérequis : Chapitres 6–7. Prérequis mathématiques : bases d'analyse réelle (ensembles ouverts/fermés, continuité, théorèmes de point fixe), analyse convexe, algèbre matricielle. Voir Annexe A.

Littérature citée : Mas-Colell, Whinston & Green (MWG) ; Debreu Théorie de la Valeur ; Arrow & Debreu (1954) ; Varian Analyse microéconomique.

11.1 Théorie du choix : axiomes et représentation par l'utilité

Axiomes de préférence

Relation de préférence. Une relation binaire $\succsim$ sur un ensemble de consommation $X \subseteq \mathbb{R}^n_+$. On définit : $x \succ y$ (préférence stricte) si $x \succsim y$ et non $y \succsim x$ ; et $x \sim y$ (indifférence) si $x \succsim y$ et $y \succsim x$.

Les axiomes standards :

Axiome 1 (Complétude). Pour tout $x, y \in X$ : $x \succsim y$ ou $y \succsim x$ (ou les deux).
Axiome 2 (Transitivité). Pour tout $x, y, z \in X$ : si $x \succsim y$ et $y \succsim z$, alors $x \succsim z$.
Axiome 3 (Continuité). Pour tout $y \in X$, les ensembles $\{x : x \succsim y\}$ et $\{x : y \succsim x\}$ sont fermés. De manière équivalente, les ensembles de préférence stricte $\{x : x \succ y\}$ et $\{x : y \succ x\}$ sont ouverts.
Théorème (Debreu). Si $\succsim$ est complète, transitive et continue, alors il existe une fonction d’utilité continue $u: X \to \mathbb{R}$ telle que $x \succsim y \iff u(x) \geq u(y)$.

Esquisse de preuve. Fixons un rayon $\{te : t \geq 0\}$ où $e = (1,1,\ldots,1)$. Pour chaque $x$, par complétude et continuité, il existe un unique $t(x) \geq 0$ tel que $x \sim t(x)e$. Posons $u(x) = t(x)$. La transitivité assure la cohérence de la représentation ; la continuité assure que $u$ est continue.

La fonction d'utilité est ordinale — toute transformation monotone $v = g(u)$ avec $g' > 0$ représente les mêmes préférences. Les propriétés cardinales (magnitudes des différences d'utilité) sont dénuées de sens.

Propriétés supplémentaires

Monotonie (plus est mieux). Si $x \geq y$ (composante par composante) et $x \neq y$, alors $x \succ y$.
Convexité. Si $x \succsim y$, alors $\lambda x + (1-\lambda)y \succsim y$ pour tout $\lambda \in [0,1]$. La convexité signifie que les courbes d’indifférence sont convexes vers l’origine — le consommateur préfère les mélanges.
Convexité stricte. Si $x \succsim y$, $x \neq y$, et $\lambda \in (0,1)$, alors $\lambda x + (1-\lambda)y \succ y$. La convexité stricte garantit l’unicité des paniers optimaux.
Exemple 11.1a — Vérification des axiomes de préférence

Considérons les préférences lexicographiques sur $\mathbb{R}^2_+$ : $x \succ y$ si $x_1 > y_1$, ou $x_1 = y_1$ et $x_2 > y_2$.

Complétude : Satisfaite — pour tout $x, y$, soit $x_1 > y_1$, $y_1 > x_1$, ou $x_1 = y_1$ et on compare $x_2, y_2$.

Transitivité : Satisfaite — si $x \succ y$ et $y \succ z$, alors $x \succ z$ (découle de la transitivité de $>$ sur $\mathbb{R}$).

Continuité : Échoue. Considérons $y = (1, 1)$. L'ensemble $\{x : x \succ y\}$ contient $(1, 1.5)$ mais pas $(0.999, 100)$. L'ensemble « au moins aussi bon » n'est pas fermé — il y a un saut à $x_1 = 1$.

Conséquence : Aucune fonction d'utilité continue ne représente les préférences lexicographiques. Cela montre que la continuité est essentielle pour le théorème de représentation par l'utilité de Debreu.

11.2 Préférence révélée

Au lieu de supposer des préférences, nous pouvons les inférer à partir des choix observés.

Axiome faible de la préférence révélée (WARP). Si le panier $x$ est choisi lorsque le panier $y$ est abordable (i.e., $p \cdot x \geq p \cdot y$), alors $y$ n’est jamais choisi lorsque $x$ est abordable.

Formellement : si $x$ est révélé préféré à $y$ ($xRy$ : $x$ choisi aux prix où $y$ était abordable), alors $y$ n'est pas révélé préféré à $x$.

Axiome fort de la préférence révélée (SARP). La relation de préférence révélée n’a pas de cycles : il n’existe aucune séquence $x^1 R x^2 R \cdots R x^k R x^1$.

SARP est nécessaire et suffisant pour que les choix observés soient cohérents avec la maximisation de l'utilité (théorème d'Afriat). WARP est nécessaire mais pas suffisant en général (bien qu'il soit suffisant avec deux biens).

Exemple 11.1 — Vérification de WARP

Les choix d'un consommateur dans deux situations prix-revenu :

SituationPrix $(p_1, p_2)$Panier choisi $(x_1, x_2)$Dépense
A(1, 2)(4, 2)8
B(2, 1)(2, 4)8

Vérification de WARP : Aux prix A, le consommateur pouvait-il s'offrir le panier B ? \$1(2) + 2(4) = 10 > 8$. Non. Aux prix B, le consommateur pouvait-il s'offrir le panier A ? \$1(4) + 1(2) = 10 > 8$. Non. WARP est satisfait — les données sont cohérentes avec la maximisation de l'utilité.

Interactif : vérificateur de préférence révélée

Entrez des vecteurs de prix et des paniers choisis pour jusqu'à 6 observations. Le vérificateur testera WARP et SARP automatiquement.

Obs.$p_1$$p_2$$x_1$$x_2$Dépense
1 8.0
2 8.0
3 6.0
4
5
6
Cliquez sur « Vérifier WARP & SARP » pour analyser les données.

Interactif 11.1. Entrez des observations prix-panier et testez la cohérence de la préférence révélée. WARP vérifie les inversions directes par paires ; SARP vérifie les cycles de toute longueur. Les violations sont mises en évidence avec des explications.

Grande Question #4

Les gens sont-ils rationnels ?

Vous avez maintenant le contenu formel de la « rationalité » : complétude, transitivité, continuité — les axiomes requis pour l'existence de fonctions d'utilité — et WARP/SARP, qui rendent la rationalité empiriquement testable à partir des choix observés.

Ce que dit le modèle

Le choix rationnel est maintenant précis : des préférences complètes + transitives + continues garantissent l'existence d'une fonction d'utilité (théorème de représentation de Debreu). WARP et SARP donnent des tests empiriques — si vous avez choisi le panier $A$ quand $B$ était abordable, vous ne devriez jamais choisir $B$ quand $A$ est abordable à ces prix. Les violations de SARP sont des violations de la rationalité, point. Tout l'appareil de l'économie du bien-être — les théorèmes du bien-être que vous prouverez en §11.6–11.7, le cadre de dualité en §11.3–11.4, la théorie des mécanismes au chapitre 12 — exige ces axiomes. Sans eux, les fonctions d'utilité n'existent pas, le surplus du consommateur est indéfini, et l'« efficacité » perd son sens formel.

La contre-argumentation la plus forte

La complétude est implausible pour des choix complexes — les gens n'ont véritablement pas de préférences bien définies sur tous les paniers possibles (Sen 1997). La transitivité échoue systématiquement : les inversions de préférences entre loteries (Grether & Plott 1979) sont robustes et réplicables à travers des décennies d'expériences. La dépendance au contexte — effets de leurre, effets de cadrage, ancrage — viole l'indépendance des alternatives non pertinentes que WARP exige. Le paradoxe d'Allais montre que l'axiome d'indépendance de l'utilité espérée échoue même parmi des théoriciens de la décision entraînés. Ce ne sont pas des manquements occasionnels de sujets confus ; ce sont des schémas systématiques qui survivent aux incitations, à l'expérience et aux enjeux élevés. Si les axiomes échouent, la fonction d'utilité n'existe pas, et l'analyse du bien-être — qui dépend de maximiser un objectif bien défini — perd entièrement ses fondations.

Comment le courant dominant a répondu

La réponse du courant dominant est double. Premièrement, au niveau individuel, les violations sont réelles mais les enjeux dans la plupart des expériences de laboratoire sont triviaux — les gens peuvent se satisfaire sur de petites loteries mais optimiser sur des décisions conséquentes (hypothèques, choix de carrière, stratégie d'entreprise). Deuxièmement, au niveau du marché, la concurrence et la sélection peuvent éliminer les agents irrationnels : Alchian (1950) et Friedman (1953) ont soutenu que les firmes se comportant comme si elles maximisaient les profits survivent, quel que soit leur processus de décision réel. La défense « comme si » dit que même si les individus ne maximisent pas littéralement l'utilité, les marchés se comportent comme s'ils le faisaient — parce que la pression concurrentielle élimine un comportement constamment irrationnel. Cette défense est puissante mais dépend de la vitesse et de la complétude de la discipline de marché.

Le jugement (à ce niveau)

Les axiomes sont mieux compris comme un repère, non comme une description de comment les gens décident réellement. Ils vous disent ce que la cohérence exige, et les déviations sont informatives — elles pointent vers des mécanismes psychologiques spécifiques (aversion aux pertes, pondération des probabilités, effets de cadrage, biais du présent) qui peuvent eux-mêmes être modélisés formellement. Le cadre de la préférence révélée est précieux précisément parce qu'il est testable : SARP ne demande pas si les gens se sentent rationnels, il vérifie si leurs choix sont cohérents. La question est de savoir si les violations que les expériences de laboratoire documentent survivent à l'agrégation et à la concurrence des marchés réels.

Ce que vous ne pouvez pas encore résoudre

La défense « comme si » ne fonctionne que si les marchés disciplinent rapidement le comportement irrationnel. Mais l'arbitrage élimine-t-il réellement les biais, ou les traders de bruit peuvent-ils survivre et bouger les prix ? Revenez au chapitre 19 (§19.1–19.2, §19.8), où la théorie des perspectives fournit une alternative formelle à l'utilité espérée, et la finance comportementale teste si les biais survivent sur le seul marché — les marchés financiers — où vous vous attendriez le plus à ce qu'ils soient éliminés. Le modèle de traders de bruit DSSW et la littérature sur les limites à l'arbitrage donnent la réponse surprenante.

Prises de position liées

Prise de position

« Le gouvernement devrait-il orienter les gens vers de meilleurs choix ? »

Saint-Paul soutient que la logique interne de l'économie comportementale pointe vers le paternalisme dur, non vers le gentil. Si les gens violent les axiomes systématiquement, qui décide ce que « meilleur » signifie ?

Intermédiaire
Prise de position

Si les gens ne sont pas rationnels, comment les marchés fonctionnent-ils ?

Le slogan viral rencontre le Premier Théorème du Bien-être. Certaines fortunes sont des défaillances de marché ; d'autres sont création de surplus. Le mot « chaque » est où l'affirmation se brise.

Avancé
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Grande Question #4

Les gens sont-ils rationnels ?

GQ #4 devient formelle — vous pouvez maintenant tester la rationalité axiomatiquement. Complétude, transitivité et WARP/SARP donnent des conditions précises. Les expériences de laboratoire montrent des violations systématiques. La question devient : les violations importent-elles pour les résultats de marché ?

Explorer cette question →

11.3 Dualité : fonction de dépense et demande hicksienne

Le chapitre 6 a résolu le problème primal : maximiser l'utilité sous contrainte budgétaire. Le problème dual minimise la dépense pour atteindre un niveau d'utilité cible.

Le problème de minimisation de la dépense

Fonction de dépense. $e(p, \bar{u}) = \min_{x \geq 0} p \cdot x$ sous la contrainte $u(x) \geq \bar{u}$. Elle donne le coût minimum pour atteindre le niveau d’utilité $\bar{u}$ aux prix $p$. La fonction de dépense est homogène de degré 1 en prix et concave en prix.
$$e(p, \bar{u}) = \min_{x \geq 0} \; p \cdot x \quad \text{sous la contrainte} \quad u(x) \geq \bar{u}$$ (Eq. 11.1)
Demande hicksienne (compensée). La fonction de demande $h(p, \bar{u})$ qui résout le problème de minimisation des dépenses. Elle montre comment la consommation répond aux changements de prix à utilité constante. Contrairement à la demande marshallienne, la demande hicksienne isole l’effet de substitution pur.

La solution est la demande hicksienne (compensée) $h(p, \bar{u})$ :

Lemme de Shephard. La demande hicksienne peut être récupérée directement de la fonction de dépense par différentiation : $h_i(p, \bar{u}) = \partial e(p, \bar{u}) / \partial p_i$. C’est l’analogue dual de l’identité de Roy.
$$h_i(p, \bar{u}) = \frac{\partial e(p, \bar{u})}{\partial p_i} \quad \text{(lemme de Shephard)}$$ (Eq. 11.2)

Propriétés de la fonction de dépense

  1. Homogène de degré 1 en $p$ : $e(tp, \bar{u}) = te(p, \bar{u})$
  2. Non décroissante en $p$ : Des prix plus élevés signifient plus de dépense pour atteindre $\bar{u}$
  3. Concave en $p$ : $e(\lambda p + (1-\lambda)p', \bar{u}) \geq \lambda e(p, \bar{u}) + (1-\lambda)e(p', \bar{u})$
  4. Non décroissante en $\bar{u}$ : Une utilité cible plus élevée signifie plus de dépense

Connexion entre primal et dual

La fonction d'utilité indirecte $V(p, m)$ donne l'utilité maximale atteignable aux prix $p$ avec le revenu $m$ :

$$V(p, m) = \max_{x} \; u(x) \quad \text{s.t.} \quad p \cdot x \leq m$$

Les relations de dualité clés :

$$e(p, V(p, m)) = m$$ (Eq. 11.3)
$$V(p, e(p, \bar{u})) = \bar{u}$$ (Eq. 11.4)
$$h(p, \bar{u}) = x(p, e(p, \bar{u}))$$ (Eq. 11.5)
Identité de Roy. La demande marshallienne peut être récupérée de la fonction d’utilité indirecte : $x_i(p, m) = -(\partial V / \partial p_i) / (\partial V / \partial m)$. Une hausse de prix réduit le bien-être proportionnellement à la quantité consommée, ajustée par l’utilité marginale du revenu.

L'identité de Roy fournit un raccourci pour dériver la demande marshallienne à partir de la fonction d'utilité indirecte :

$$x_i(p, m) = -\frac{\partial V / \partial p_i}{\partial V / \partial m}$$ (Eq. 11.6)

Intuition de l'identité de Roy : Une petite augmentation de $p_i$ a deux effets sur le bien-être (mesuré par $V$) : (1) elle réduit directement l'utilité en rendant le bien $i$ plus cher (le numérateur $\partial V/\partial p_i < 0$), et (2) l'ampleur de cet effet est proportionnelle à la quantité de bien $i$ achetée par le consommateur ($x_i$) fois l'utilité marginale du revenu ($\partial V/\partial m$). Diviser (1) par l'utilité marginale du revenu donne la quantité de bien $i$.

Exemple 11.2 — Dualité CES

Utilité CES : $u(x_1, x_2) = (x_1^\rho + x_2^\rho)^{1/\rho}$, $\rho < 1$, $\rho \neq 0$.

La fonction de dépense est : $e(p, \bar{u}) = \bar{u} \cdot (p_1^r + p_2^r)^{1/r}$ où $r = \rho/(\rho - 1)$.

Demande hicksienne (lemme de Shephard) : $h_i = \bar{u} \cdot p_i^{r-1} / (p_1^r + p_2^r)^{(r-1)/r}$.

Quand $\rho \to 0$ (élasticité de substitution $\sigma = 1/(1-\rho) \to 1$), cela converge vers le cas Cobb-Douglas.

Interactif : explorateur de dualité

Utilité Cobb-Douglas $u = x_1^{0.5} x_2^{0.5}$ avec revenu $m = 10$. Faites glisser $p_1$ pour voir comment les trois représentations — tangence de la droite de budget, demande marshallienne et fonction de dépense — encodent la même information.

\$1.50 \$1.00 \$1.00
À $p_1 = 2,00$ : Marshallienne : $x_1^* = 2,50$, $x_2^* = 2,50$  |  $V(p, m) = 2,50$  |  $e(p, \bar{u}) = 10,00$

Interactif 11.2. Trois vues du même consommateur. Gauche : courbe d'indifférence tangente à la droite de budget (primal). Centre : demande marshallienne du bien 1 en fonction de $p_1$. Droite : fonction de dépense $e(p_1, p_2, \bar{u})$ nécessaire pour atteindre le niveau d'utilité actuel. Les trois encodent les mêmes préférences.

11.4 La matrice de Slutsky

Matrice de Slutsky. La matrice $n \times n$ $S$ avec éléments $S_{ij} = \partial h_i / \partial p_j$, mesurant les effets de substitution entre biens. Si la demande est générée par la maximisation de l’utilité, $S$ doit être symétrique et semi-définie négative. Ce sont des restrictions testables sur la demande observée.

L'équation de Slutsky du chapitre 6 (Éq. 6.7) se généralise en matrice. Définissons la matrice de Slutsky (substitution) avec les éléments :

$$S_{ij} = \frac{\partial h_i}{\partial p_j} = \frac{\partial x_i}{\partial p_j} + x_j \frac{\partial x_i}{\partial m}$$ (Eq. 11.7)

Propriétés de la matrice de Slutsky

Si la demande est générée par la maximisation de l'utilité, la matrice de Slutsky doit être :

  1. Symétrique : $S_{ij} = S_{ji}$ (les effets de substitution croisés sont égaux)
  2. Semi-définie négative : $v'Sv \leq 0$ pour tout vecteur $v$ (les effets de substitution propres sont non positifs : $S_{ii} \leq 0$)
  3. $S \cdot p = 0$ : La demande compensée est homogène de degré zéro en prix

Ce sont des restrictions testables — si la demande observée les viole, elle ne peut pas avoir été générée par un consommateur rationnel maximisant une fonction d'utilité bien comportée.

Intégrabilité. Réciproquement, si un système de demande satisfait : (a) la loi de Walras ($p \cdot x(p,m) = m$), (b) l’homogénéité de degré zéro, (c) la symétrie et la semi-définie négative de Slutsky — alors il existe une fonction d’utilité qui la génère. C’est le théorème d’intégrabilité.
Exemple 11.3 — Symétrie de Slutsky pour Cobb-Douglas

Demande Cobb-Douglas : $x_1 = am/p_1$, $x_2 = (1-a)m/p_2$.

$S_{12} = \partial x_1/\partial p_2 + x_2 \cdot \partial x_1/\partial m = 0 + [(1-a)m/p_2] \cdot [a/p_1] = a(1-a)m/(p_1 p_2)$

$S_{21} = \partial x_2/\partial p_1 + x_1 \cdot \partial x_2/\partial m = 0 + [am/p_1] \cdot [(1-a)/p_2] = a(1-a)m/(p_1 p_2)$

$S_{12} = S_{21}$ ✓

Interactif : décomposition de Slutsky (avancé)

Ajustez le prix du bien 1 pour voir comment la demande marshallienne, la demande hicksienne (compensée) et l'effet de revenu réagissent. Utilise l'utilité Cobb-Douglas $u(x_1,x_2)=x_1^a x_2^{1-a}$ avec $a=0,6$, $p_2=3$, $m=120$.

1 (moins cher)4 (plus cher)

Figure 11.2. Gauche : décomposition de Slutsky dans l'espace des biens. Le panier original (bleu), le panier compensé (orange, sur la courbe d'indifférence originale aux nouveaux prix), et le nouveau panier (vert). L'effet de substitution va du bleu à l'orange ; l'effet de revenu va de l'orange au vert. Droite : éléments de la matrice de Slutsky $S_{11}$ et $S_{12}$ en fonction de $p_1$, confirmant la semi-définitude négative ($S_{11} \leq 0$) et la symétrie.

11.5 Équilibre général : équilibre walrasien

Économie d'échange

Économie d'échange. Une économie avec $I$ consommateurs et $L$ biens mais sans production. Chaque consommateur a une dotation initiale $\omega_i$ et des préférences $\succsim_i$. L’échange se fait aux prix du marché ; la question est de savoir s’il existe un ensemble de prix qui équilibre tous les marchés simultanément.

Considérons une économie avec $I$ consommateurs et $L$ biens. Le consommateur $i$ a une dotation $\omega_i \in \mathbb{R}^L_+$ et des préférences $\succsim_i$.

Aux prix $p$, la richesse du consommateur $i$ est $m_i = p \cdot \omega_i$. Il demande $x_i(p, m_i)$.

Équilibre walrasien (concurrentiel). Un vecteur de prix $p^*$ et une allocation $(x_1^*, \ldots, x_I^*)$ tels que : (1) Chaque consommateur maximise son utilité : $x_i^*$ résout $\max u_i(x_i)$ s.c. $p^* \cdot x_i \leq p^* \cdot \omega_i$ ; (2) Les marchés s’équilibrent : $\sum_i x_i^* = \sum_i \omega_i$.

Excès de demande agrégé :

$$z(p) = \sum_i x_i(p, p \cdot \omega_i) - \sum_i \omega_i$$ (Eq. 11.8)

L'équilibre exige $z(p^*) = 0$.

Loi de Walras. Pour tout vecteur de prix $p$ : $p \cdot z(p) = 0$. La valeur totale de la demande excédentaire est toujours nulle. Cela découle de l’épuisement du budget : $p \cdot x_i = p \cdot \omega_i$ pour chaque consommateur.

Implications : (1) Si $L - 1$ marchés s'équilibrent, le $L$-ième s'équilibre automatiquement. (2) Seuls les prix relatifs importent — on peut normaliser un prix à 1 (le numéraire).

Existence

Théorème (Arrow-Debreu, 1954). Sous des conditions standard (préférences continues, strictement convexes, localement non satiées ; dotation globale positive de chaque bien), un équilibre walrasien existe.

Stratégie de preuve (esquisse). Normalisons les prix sur le simplexe unitaire $\Delta$. Définissons une application d'ajustement des prix $f: \Delta \to \Delta$ qui augmente le prix des biens en excès de demande. Par le théorème du point fixe de Brouwer, $f$ a un point fixe $p^*$. Au point fixe, $z(p^*) = 0$ — tous les marchés s'équilibrent.

La boîte d'Edgeworth

Boîte d'Edgeworth. Un diagramme pour une économie d’échange à 2 consommateurs et 2 biens. Les dimensions de la boîte égalent les dotations totales. L’origine du consommateur 1 est en bas à gauche, celle du consommateur 2 en haut à droite. Chaque point de la boîte est une allocation réalisable ; la courbe des contrats relie tous les points Pareto-efficients (tangences des courbes d’indifférence).

Pour une économie à 2 consommateurs et 2 biens, la boîte d'Edgeworth fournit une visualisation complète. Les dimensions de la boîte sont égales aux dotations totales. L'origine du consommateur 1 est en bas à gauche, celle du consommateur 2 en haut à droite. Chaque point de la boîte est une allocation réalisable.

Interactif : boîte d'Edgeworth

Deux consommateurs avec des préférences Cobb-Douglas. Déplacez le point de dotation pour explorer comment l'équilibre walrasien, la courbe des contrats et le cœur changent.

15 (total x = 10)9
14 (total y = 8)7
Dotation: C1 = (6, 2), C2 = (4, 6)  |  Équilibre: $p_x/p_y = 1.00$, C1 obtient (5.0, 5.0)

Figure 11.1 (Interactif). La boîte d'Edgeworth. Le point orange est la dotation. Le point vert est l'équilibre walrasien. La courbe rouge est la courbe des contrats (toutes les allocations Pareto-efficientes). La zone ombrée du cœur montre les allocations que les deux consommateurs préfèrent à la dotation. La droite de budget passe par la dotation avec une pente $-p_x/p_y$.

Exemple 11.4 — Économie d'échange symétrique

Consommateur 1 : $u_1 = x_1^{1/2}y_1^{1/2}$, dotation $(4, 0)$. Consommateur 2 : $u_2 = x_2^{1/2}y_2^{1/2}$, dotation $(0, 4)$.

L'équilibre de marché donne $p_x = p_y$, et l'allocation d'équilibre est $x_1^* = y_1^* = 2$, $x_2^* = y_2^* = 2$.

Chaque consommateur échange la moitié de sa dotation contre l'autre bien, finissant avec des quantités égales des deux biens.

11.6 Le premier théorème du bien-être

Premier théorème du bien-être. Si les préférences sont localement non satiées, alors toute allocation d’équilibre walrasien est Pareto optimale.
Pareto-optimal (efficace). Une allocation $x^*$ est Pareto optimale s'il n'existe pas d'autre allocation réalisable $x'$ telle que $u_i(x'_i) \geq u_i(x_i^*)$ pour tout $i$ et $u_j(x'_j) > u_j(x_j^*)$ pour un certain $j$.

Preuve. Nous procédons par contradiction. Supposons que l'allocation d'équilibre walrasien $x^*$ aux prix $p^*$ n'est pas Pareto optimale. Alors il existe une allocation réalisable $x'$ avec tout le monde au moins aussi bien loti et quelqu'un strictement mieux loti.

Étape 1. Pour le consommateur $j$ qui est strictement mieux loti : puisque $x_j^*$ maximisait l'utilité et $x_j'$ est strictement préféré, $x_j'$ devait être inabordable : $p^* \cdot x_j' > p^* \cdot \omega_j$.

Étape 2. Pour tout consommateur $i$ : par non-satiété locale, $p^* \cdot x_i' \geq p^* \cdot \omega_i$.

Étape 3. En sommant : $\sum_i p^* \cdot x_i' > \sum_i p^* \cdot \omega_i$.

Étape 4. Mais la faisabilité exige $\sum_i x_i' = \sum_i \omega_i$, donnant $\sum_i p^* \cdot x_i' = \sum_i p^* \cdot \omega_i$. Contradiction. $\square$

La preuve n'utilise que la non-satiété locale et l'épuisement du budget. Elle ne nécessite ni convexité, ni différentiabilité, ni forme fonctionnelle spécifique. Cette généralité est ce qui rend le théorème puissant.

Interprétation. Le premier théorème du bien-être est l'énoncé formel de la « main invisible » d'Adam Smith. Les marchés concurrentiels produisent une allocation qu'aucun réarrangement ne peut améliorer sans détériorer la situation de quelqu'un. Mais les hypothèses (marchés complets, comportement preneur de prix, pas d'externalités, pas de biens publics, information complète) définissent exactement quand la main invisible échoue.

Exemple 11.6 — Premier théorème du bien-être dans une économie à 2 consommateurs

Consommateur 1 : $u_1 = x_1^{1/2}y_1^{1/2}$, dotation $(4, 0)$. Consommateur 2 : $u_2 = x_2^{1/2}y_2^{1/2}$, dotation $(0, 4)$.

D'après l'exemple 11.4, l'équilibre est $x_1^* = y_1^* = x_2^* = y_2^* = 2$ à $p_x = p_y$.

Vérification de l'optimalité de Pareto : À l'équilibre, $MRS_1 = y_1/x_1 = 1$ et $MRS_2 = y_2/x_2 = 1$. Puisque $MRS_1 = MRS_2 = p_x/p_y$, les courbes d'indifférence sont tangentes — l'allocation est sur la courbe des contrats.

Vérification de l'absence d'amélioration parétienne : Toute réallocation donnant au consommateur 1 plus du bien $x$ (disons $x_1 = 3$) nécessite $x_2 = 1$. Alors $u_1 = \sqrt{3 \cdot y_1}$ et $u_2 = \sqrt{1 \cdot y_2}$ avec $y_1 + y_2 = 4$. Pour que le consommateur 1 gagne ($u_1 > \sqrt{4} = 2$), il faut $1y_1 > 4$, donc $y_1 > 4/3$, laissant $y_2 < 8/3$, donnant $u_2 = \sqrt{8/3} < 2 = u_2^*$. Le consommateur 2 est moins bien loti. Aucune amélioration parétienne n'existe.

Interactif : visualisation du premier théorème du bien-être

L'équilibre walrasien se situe sur la courbe des contrats (Pareto-efficient). Activez « Améliorations de Pareto ? » pour vérifier : à l'équilibre, la région en forme de lentille où les deux consommateurs peuvent gagner est vide. À la dotation, elle ne l'est pas.

À l'équilibre walrasien : Aucune amélioration de Pareto n'existe — le premier théorème du bien-être s'applique. L'allocation d'équilibre est Pareto optimale.

Interactif 11.3. Basculez entre la vue de l'équilibre (où aucune amélioration parétienne n'existe) et la dotation (où la lentille ombrée montre les échanges mutuellement bénéfiques). La position de l'équilibre sur la courbe des contrats prouve visuellement l'efficience.

Prise de position

Si les gens ne sont pas rationnels, comment les marchés fonctionnent-ils ?

La défense du « comme si » dit que les marchés disciplinent l'irrationalité : les agents irrationnels perdent de l'argent au profit des rationnels et sont éliminés. Mais si les agents irrationnels sont les milliardaires ? Et si le comportement irrationnel était profitable précisément parce que tout le monde est irrationnel aussi ?

Avancé

11.7 Le second théorème du bien-être

Second théorème du bien-être. Sous des hypothèses de convexité (préférences convexes, ensembles de production convexes), toute allocation Pareto optimale peut être atteinte comme équilibre walrasien — après une redistribution appropriée des dotations (transferts forfaitaires de richesse).

Interprétation. Le second théorème du bien-être dit que l'efficience et l'équité sont des problèmes séparables. La société peut choisir n'importe quelle distribution Pareto-efficiente en deux étapes :

  1. Redistribuer les dotations par des transferts forfaitaires
  2. Laisser les marchés opérer à partir des nouvelles dotations

Les marchés produiront alors un équilibre concurrentiel qui est à la fois efficient (par le premier théorème du bien-être) et atteint la distribution souhaitée.

Pourquoi c'est important pour la politique. Ne distordez pas les marchés pour atteindre l'équité (cela sacrifie l'efficience). Utilisez plutôt des transferts forfaitaires pour redistribuer, puis laissez les marchés fonctionner. L'implication de droite : laissez les marchés opérer librement. L'implication de gauche : redistribuez autant que vous le souhaitez. Les deux peuvent être atteints simultanément — en théorie.

Pourquoi cela échoue en pratique. Les transferts forfaitaires nécessitent des informations sur les types des individus que le gouvernement ne possède pas. La redistribution réelle utilise des taxes distorsives (revenu, plus-values, patrimoine) qui modifient les incitations et créent des pertes sèches. Ce problème d'information est le sujet de la conception de mécanismes (chapitre 11) et de la fiscalité optimale (chapitre 16).

Équivalence du cœur

Dans les grandes économies, l'ensemble des allocations du cœur (allocations qu'aucune coalition ne peut améliorer) se réduit à l'ensemble des allocations d'équilibre walrasien. C'est le théorème d'équivalence du cœur — l'équilibre concurrentiel est le seul résultat qui survit à la concurrence entre toutes les coalitions possibles.

L'entreprise de Maya

Nous modélisons le marché de limonade de Maya comme une économie d'échange à 2 consommateurs et 2 biens dans une boîte d'Edgeworth.

Configuration : Maya et Alex. Deux biens : limonade ($L$) et cookies ($C$). Maya commence avec 45 limonades et 0 cookies. Alex commence avec 0 limonades et 40 cookies.

Préférences : $u_M = L_M^{0.5}C_M^{0.5}$, $u_A = L_A^{0.3}C_A^{0.7}$.

L'équilibre de marché donne $p_L/p_C = 8/15 \approx 0.533$.

Équilibre : Maya : $(L_M, C_M) = (22.5, 12)$. Alex : $(L_A, C_A) = (22.5, 28)$.

Par le premier théorème du bien-être, cette allocation est Pareto optimale.

Le regard historique

Arrow-Debreu (1954) : la preuve d'existence. Kenneth Arrow et Gérard Debreu ont prouvé qu'un équilibre concurrentiel existe sous des hypothèses faibles (préférences convexes, pas d'externalités). En utilisant le théorème du point fixe de Kakutani, ils ont montré qu'un ensemble de prix existe qui équilibre tous les marchés simultanément — formalisant la « main invisible » d'Adam Smith deux siècles après La Richesse des Nations.

L'accomplissement mathématique était remarquable : réduire le problème à montrer qu'une certaine correspondance (l'excès de demande en fonction des prix) satisfait les conditions d'un point fixe. Le résultat ne nécessitait que la non-satiété locale et la convexité — pas la différentiabilité ni des formes fonctionnelles spécifiques.

La Théorie de la Valeur de Debreu (1959) a distillé ce cadre en un système axiomatique rigoureux, lui valant le prix Nobel en 1983. Arrow avait déjà reçu le Nobel en 1972 pour ses contributions plus larges à l'équilibre général et au choix social. Leur preuve d'existence reste le fondement mathématique de l'économie du bien-être et des deux théorèmes du bien-être démontrés dans ce chapitre.

Grande Question #7

Les marchés allouent-ils les ressources efficacement ?

Vous avez maintenant les théorèmes formels du bien-être — l'énoncé définitif de quand et pourquoi les marchés concurrentiels produisent des résultats efficaces, et les conditions précises sous lesquelles tout résultat efficace peut être décentralisé.

Ce que dit le modèle

Le Premier Théorème du Bien-être délivre le résultat d'efficacité le plus fort possible : si les préférences sont localement non saturées et les marchés complets et concurrentiels, alors chaque équilibre walrassien est Pareto-optimal. Vous avez vu la preuve — elle fonctionne par contradiction, exploitant le fait que toute amélioration de Pareto exigerait que quelqu'un puisse s'offrir un panier qu'il ne pouvait pas aux prix d'équilibre. Le Deuxième Théorème du Bien-être complète le tableau : sous convexité, toute allocation Pareto-optimale peut être atteinte comme un équilibre concurrentiel après redistribution forfaitaire appropriée des dotations. Ensemble, ces théorèmes disent que le mécanisme de marché est à la fois suffisant pour l'efficacité (1er TB) et assez flexible pour atteindre tout résultat efficace que la société désire (2e TB). Le système de prix résout simultanément le problème d'information (pas de planificateur nécessaire) et le problème de coordination (tous les marchés se compensent).

La contre-argumentation la plus forte

Les conditions du Premier Théorème du Bien-être sont exigeantes, et chacune d'elles échoue dans d'importants marchés du monde réel. Les marchés complets exigent un marché pour chaque bien, chaque état du monde, chaque date — cela échoue massivement (vous ne pouvez pas vous assurer contre la plupart des risques de vie, les marchés futurs sont minces, les créances contingentes sont incomplètes). La prise de prix échoue sur tout marché avec des firmes significatives (tech, pharma, compagnies aériennes). L'absence d'externalités échoue pour le climat, la pollution, les effets de réseau et les retombées de connaissances. Greenwald et Stiglitz (1986) ont prouvé le résultat dévastateur : chaque fois que les marchés sont incomplets — ce qui est toujours — les équilibres concurrentiels sont génériquement contraint-inefficaces. C'est-à-dire qu'il existe des interventions utilisant seulement la même information et les mêmes instruments disponibles aux marchés qui sont Pareto-améliorantes. Le théorème ne dit pas que les marchés sont mauvais ; il dit que les conditions du Premier Théorème du Bien-être sont un fil du rasoir que la réalité n'atteint jamais.

Comment le courant dominant a répondu

La relation de la profession avec les théorèmes du bien-être a considérablement mûri après Greenwald-Stiglitz. Les théorèmes sont maintenant compris non comme des affirmations que les marchés fonctionnent, mais comme un cadre de diagnostic : ils identifient exactement quelles conditions doivent tenir pour l'efficacité, et les déviations de ces conditions pointent précisément où l'intervention pourrait aider. La promesse du Deuxième Théorème du Bien-être — que vous pouvez séparer efficacité et équité — est formellement correcte mais pratiquement creuse. Les transferts forfaitaires exigent que le gouvernement connaisse le type de chaque individu (capacité, préférences, dotation) sans distordre le comportement. Tout instrument de transfert faisable (impôt sur le revenu, impôt sur la richesse, prestations sous conditions de ressources) change les incitations et crée une perte sèche. C'est l'intuition de Mirrlees (1971) : la fiscalité optimale est un problème contraint précisément parce que l'instrument du Deuxième Théorème du Bien-être n'existe pas.

Le jugement (à ce niveau)

Les théorèmes du bien-être sont les résultats les plus importants en économie — non parce qu'ils prouvent que les marchés fonctionnent, mais parce qu'ils identifient exactement quand et pourquoi les marchés fonctionnent ou échouent. Comprendre les théorèmes est un prérequis à l'intervention intelligente : chaque défaillance de marché est une violation spécifique d'une condition spécifique. Le Premier Théorème du Bien-être est une affirmation conditionnelle, et les conditions tiennent rarement en plein — mais elles tiennent approximativement dans assez de contextes pour expliquer pourquoi les marchés coordonnent aussi bien qu'ils le font. Le Deuxième Théorème du Bien-être est théoriquement beau et pratiquement cruel : il vous dit qu'équité et efficacité sont séparables, puis rend l'instrument de séparation informationnellement infaisable. La politique réelle vit dans le monde de second rang où chaque redistribution crée des distorsions.

Ce que vous ne pouvez pas encore résoudre

Si les marchés échouent quand les conditions du théorème du bien-être ne sont pas remplies, existe-t-il un moyen systématique de concevoir de meilleures institutions ? Les théorèmes du bien-être vous disent quand les marchés fonctionnent mais non quoi faire quand ils ne fonctionnent pas. Revenez au chapitre 12 (§12.1–12.5), où la théorie des mécanismes pose exactement cette question. Le principe de révélation, les mécanismes VCG et les marchés d'appariement montrent que la théorie économique peut concevoir des résultats efficaces — surpassant parfois à la fois les marchés non régulés et l'intervention gouvernementale brute. C'est l'étape finale de cette question.

Prises de position liées

Prise de position

Si les gens ne sont pas rationnels, comment les marchés fonctionnent-ils ?

Le slogan viral rencontre le Premier Théorème du Bien-être. Certaines fortunes sont des défaillances de marché ; d'autres sont création de surplus. Le mot « chaque » est où l'affirmation se brise.

Avancé
Prise de position

« La santé est un droit humain, pas un privilège » — Bernie Sanders, meeting de campagne 2016

Le cri de ralliement viral de Sanders rencontre l'article de 1963 d'Arrow. La force morale est réelle — mais déclarer un droit ne résout pas le problème d'allocation.

Intermédiaire
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Grande Question #4

Les gens sont-ils rationnels ?

Un psychologue a gagné le Nobel d'économie en prouvant que non. Un juriste et un économiste veulent que le gouvernement intervienne. Le devrait-il ?

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Grande Question #7

Les marchés allouent-ils les ressources efficacement ?

De 4 000 milliards de dollars en santé à la catastrophe climatique — quand la main invisible faillit à sa tâche

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Résumé

Équations clés

LibelléÉquationDescription
Éq. 11.1$e(p, \bar{u}) = \min p \cdot x$ s.t. $u(x) \geq \bar{u}$Minimisation de la dépense
Éq. 11.2$h_i = \partial e / \partial p_i$Lemme de Shephard
Éq. 11.3–11.4$e(p, V(p,m)) = m$; $V(p, e(p,\bar{u})) = \bar{u}$Identités de dualité
Éq. 11.5$h(p, \bar{u}) = x(p, e(p, \bar{u}))$Hicksienne = marshallienne au revenu compensé
Éq. 11.6$x_i = -(\partial V/\partial p_i)/(\partial V/\partial m)$Identité de Roy
Éq. 11.7$S_{ij} = \partial h_i/\partial p_j = \partial x_i/\partial p_j + x_j \partial x_i/\partial m$Élément de la matrice de Slutsky
Éq. 11.8$z(p) = \sum_i x_i(p) - \sum_i \omega_i$Excès de demande agrégé

Exercices

Pratique

  1. Les préférences sont définies par $x \succsim y \iff x_1 + x_2 \geq y_1 + y_2$. Vérifiez la complétude, la transitivité et la continuité. Écrivez une fonction d'utilité qui représente ces préférences.
  2. Un consommateur fait les choix suivants : aux prix (2, 1), il achète (3, 4) ; aux prix (1, 3), il achète (5, 1). Vérifiez WARP.
  3. Pour l'utilité Cobb-Douglas $u = x_1^{1/3}x_2^{2/3}$ : (a) dérivez la fonction de dépense, (b) vérifiez le lemme de Shephard, (c) vérifiez l'identité de Roy.
  4. Dans une économie d'échange à 2 consommateurs et 2 biens : $u_1 = x_1 y_1$, $\omega_1 = (6, 2)$ ; $u_2 = x_2 y_2$, $\omega_2 = (2, 6)$. Trouvez les prix et l'allocation d'équilibre walrasien.

Application

  1. La fonction de demande observée d'un consommateur est $x_1 = m/(p_1 + p_2)$ et $x_2 = m/(p_1 + p_2)$. (a) Vérifiez la loi de Walras. (b) Vérifiez l'homogénéité de degré zéro. (c) Calculez la matrice de Slutsky et vérifiez la symétrie et la semi-définitude négative. (d) Cette demande peut-elle être générée par la maximisation de l'utilité ?
  2. Expliquez pourquoi le premier théorème du bien-être ne s'applique pas à une économie avec des externalités (lien avec le chapitre 4). Identifiez l'hypothèse spécifique qui échoue.
  3. Le second théorème du bien-être dit que toute allocation efficiente peut être atteinte via des marchés concurrentiels avec des transferts forfaitaires. Expliquez pourquoi, en pratique, les gouvernements utilisent des taxes distorsives. Quel problème d'information rend les transferts forfaitaires irréalisables ?
  4. En utilisant la boîte d'Edgeworth, illustrez : (a) une allocation dans le cœur mais pas un équilibre concurrentiel, (b) une amélioration parétienne à partir du point de dotation, (c) pourquoi le point de dotation lui-même n'est généralement pas Pareto efficient.

Défi

  1. Prouvez que si la fonction de dépense $e(p, \bar{u})$ est concave en $p$, alors la matrice de Slutsky est semi-définie négative. (Indication : la hessienne d'une fonction concave est semi-définie négative, et $\partial^2 e/\partial p_i \partial p_j = \partial h_i/\partial p_j = S_{ij}$.)
  2. Prouvez le premier théorème du bien-être pour le cas à 2 consommateurs et 2 biens avec des préférences localement non satiées. Puis identifiez où la preuve échoue si un consommateur a des préférences satiées (un point de félicité).
  3. Dans une économie en boîte d'Edgeworth avec des préférences de Leontief ($u = \min(x, 2y)$) pour les deux consommateurs, un équilibre walrasien existe-t-il ? Si oui, trouvez-le. Sinon, expliquez quelle condition d'existence échoue.
  4. Énoncez précisément le théorème d'Afriat. En utilisant un jeu de données de 4 observations (vecteurs de prix et paniers choisis), construisez un exemple où WARP est satisfait mais SARP est violé.