Chapitre 12Conception de mécanismes et design de marché

Introduction

Le chapitre 10 posait la question : étant donné les préférences et les dotations, les marchés concurrentiels produisent-ils des résultats efficients ? La réponse — oui, sous les conditions des théorèmes du bien-être — prend le mécanisme de marché comme donné. Ce chapitre inverse la question : étant donné un résultat souhaité, peut-on concevoir un mécanisme pour l'atteindre ?

La conception de mécanismes est souvent appelée « théorie des jeux inversée ». Au lieu de prédire l'issue d'un jeu, on conçoit le jeu pour produire un résultat souhaité. Le design de marché applique ces idées aux institutions réelles — enchères, marchés d'appariement, allocation de spectre, échange de reins.

À la fin de ce chapitre, vous serez capable de :
  1. Énoncer le principe de révélation et expliquer pourquoi il simplifie la conception de mécanismes
  2. Définir la compatibilité incitative et l'appliquer aux problèmes de conception de mécanismes
  3. Dériver l'enchère optimale (Myerson) et l'équivalence des revenus
  4. Énoncer le résultat d'impossibilité de Gibbard-Satterthwaite
  5. Appliquer l'algorithme de Gale-Shapley aux marchés d'appariement
  6. Évaluer la conception d'institutions de marché réelles

Prérequis : Chapitres 7 (bases de la théorie des jeux, équilibre de Nash) et 10 (théorèmes du bien-être, équilibre général).

Littérature citée : Myerson (1981) ; Vickrey (1961) ; Clarke (1971) ; Groves (1973) ; Gale & Shapley (1962) ; Roth (2002) ; Milgrom (2004).

12.1 Choix social et principe de révélation

Fonctions de choix social

Fonction de choix social (SCF). Une correspondance des types des agents (information privée — valuations, préférences) vers les résultats : $$f: \Theta_1 \times \cdots \times \Theta_n \to \mathcal{A}$$ où $\Theta_i$ est l’espace des types de l’agent $i$ et $\mathcal{A}$ est l’ensemble des allocations possibles.

Le défi : les types des agents sont privés. Comment les amener à révéler leurs types véridiquement ?

Mécanismes

Mécanisme. Un couple $(\mathcal{M}, g)$ constitué d’un espace de messages $\mathcal{M}_i$ pour chaque agent et d’une fonction de résultat $g: \mathcal{M}_1 \times \cdots \times \mathcal{M}_n \to \mathcal{A}$. Un mécanisme implémente la FSC $f$ si, à l’équilibre, le résultat du mécanisme égale $f(\theta)$ pour tous les profils de types $\theta$.

Figure 12.1. Chronologie de la conception de mécanismes.

Le concepteur de mécanismes choisit les règles (espace des messages et fonction de résultat) pour atteindre une fonction de choix social souhaitée.

Le principe de révélation

Le principe de révélation. Toute fonction de choix social implémentable par n'importe quel mécanisme dans n'importe quel concept d'équilibre peut également être implémentée par un mécanisme direct dans lequel les agents rapportent leurs types de manière véridique.
Mécanisme direct. Un mécanisme dans lequel l’espace de messages de chaque agent égale son espace de types ($\mathcal{M}_i = \Theta_i$). Les agents sont simplement invités à révéler directement leur information privée. Le principe de révélation garantit que se restreindre aux mécanismes directs est sans perte de généralité.
Compatibilité incitative (IC). Un mécanisme est compatible avec les incitations si le rapport véridique est une stratégie d'équilibre pour chaque agent — aucun agent ne peut gagner en falsifiant son type. La compatibilité incitative se décline en deux forces : stratégie dominante (DSIC) et bayésienne (BIC).
Compatibilité incitative en stratégie dominante (DSIC). La révélation véridique est optimale pour chaque agent indépendamment de ce que les autres agents déclarent. Les mécanismes DSIC sont robustes aux croyances sur le comportement des autres : $U_i(\theta_i, \theta_i) \geq U_i(\hat{\theta}_i, \theta_i)$ pour tout $\hat{\theta}_i$ et tout $\theta_{-i}$.
Compatibilité incitative bayésienne (BIC). La révélation véridique est optimale en espérance sur les types des autres (en supposant que les autres révèlent aussi véridiquement). Plus faible que DSIC mais permet un ensemble plus riche de résultats implémentables. Requiert que les agents aient des croyances correctes sur la distribution des types.

Un mécanisme direct demande à chaque agent de simplement déclarer son type (son information privée). Il est compatible avec les incitations (IC) si la déclaration véridique est une stratégie d'équilibre — aucun agent ne profite à mentir.

C'est la simplification la plus puissante en conception de mécanismes — sans doute la simplification la plus puissante de toute la théorie économique. En principe, l'espace des mécanismes possibles est infiniment grand. Une enchère pourrait avoir n'importe quel nombre de tours, n'importe quelles règles d'enchère, n'importe quelle formule de paiement. Un algorithme d'appariement pourrait fonctionner de n'importe quelle manière concevable. Chercher le meilleur mécanisme parmi tous les mécanismes possibles semble sans espoir.

Le principe de révélation dit : vous n'avez pas besoin de chercher. Quel que soit le résultat qu'un mécanisme quelconque peut atteindre, un mécanisme direct (demander simplement à chacun de déclarer la vérité) peut atteindre le même résultat. Le problème de conception de mécanismes se réduit donc à : trouver la meilleure règle d'allocation et la meilleure règle de paiement en fonction des types déclarés, sous la contrainte que la déclaration véridique est optimale. Cela transforme une recherche infiniment large en un problème d'optimisation bien défini.

Compatibilité incitative en stratégie dominante (DSIC) : $$U_i(\theta_i, \theta_i) \geq U_i(\hat{\theta}_i, \theta_i) \quad \forall \hat{\theta}_i, \forall \theta_{-i}$$ (Eq. 12.1)
Compatibilité incitative bayésienne (BIC) : $$E_{\theta_{-i}}[U_i(\theta_i, \theta_i)] \geq E_{\theta_{-i}}[U_i(\hat{\theta}_i, \theta_i)] \quad \forall \hat{\theta}_i$$ (Eq. 12.2)

DSIC est plus forte mais plus difficile à atteindre. BIC est plus faible mais permet davantage de mécanismes.

Grande Question #9

L'inégalité est-elle un problème que l'économie peut résoudre ?

Vous avez maintenant les outils de la théorie des mécanismes — le principe de révélation, l'incitation-compatibilité, et la distinction entre DSIC et BIC. Ces outils formalisent ce qu'un gouvernement peut et ne peut pas atteindre quand il ne peut pas observer directement les types des gens.

Ce que dit le modèle

La théorie des mécanismes formalise le problème de redistribution avec une clarté saisissante. Le gouvernement veut transférer des agents à haute capacité vers ceux à faible capacité mais ne peut pas observer la capacité directement — seulement le revenu, qui est une variable de choix. Le principe de révélation dit que tout schéma de redistribution peut être analysé comme un mécanisme direct où les agents rapportent leur type. La contrainte liante est l'incitation-compatibilité : les agents à haute capacité ne doivent pas trouver profitable d'imiter les agents à faible capacité en travaillant moins. Un système d'impôts-et-transferts est littéralement un mécanisme — il mappe les revenus rapportés aux revenus après impôts — et le principe de révélation vous dit que si un quelconque schéma peut atteindre un objectif redistributif, un mécanisme direct véridique le peut aussi. C'est la fondation conceptuelle de la fiscalité optimale du revenu (Mirrlees 1971) : le barème fiscal est un mécanisme conçu pour maximiser le bien-être social sous contrainte d'incitation-compatibilité.

La contre-argumentation la plus forte

L'incitation-compatibilité crée un arbitrage irréductible entre redistribution et efficacité — et c'est pire que la version intuitive. Le théorème de Myerson-Satterthwaite (§12.4) montre qu'en commerce bilatéral avec information privée, aucun mécanisme n'atteint simultanément efficacité, incitation-compatibilité, rationalité individuelle et équilibre budgétaire. Appliquez cette logique à la redistribution : le gouvernement fait face à une version de la même impossibilité. Il ne peut pas concevoir un système fiscal qui redistribue pleinement, respecte les incitations et évite la perte sèche. De plus, le cadre de la théorie des mécanismes suppose un planificateur bienveillant et bien informé qui connaît la distribution des types même s'il ne connaît pas les types individuels. En pratique, la politique redistributive est façonnée par l'économie politique — électeurs médians, groupes d'intérêt, lobbying. Le problème de conception est bien compris ; le problème de mise en œuvre ne l'est pas.

Comment le courant dominant a répondu

Le cadre de la théorie des mécanismes se connecte directement à la théorie de la fiscalité optimale du revenu. Mirrlees (1971) a montré que le barème fiscal optimal dépend de la distribution des capacités et de l'élasticité de l'offre de travail — toutes deux des quantités empiriques. L'approche de la théorie des mécanismes donne l'architecture conceptuelle ; les réponses quantitatives exigent des données. L'enchère optimale de Myerson est structurellement identique à la fiscalité optimale : les deux maximisent un objectif sous contrainte d'incitation-compatibilité et de rationalité individuelle. Les mêmes mathématiques qui conçoivent des enchères maximisant les revenus conçoivent des barèmes fiscaux maximisant le bien-être.

Le jugement (à ce niveau)

L'arbitrage efficacité-équité est réel, mais la théorie des mécanismes le rend précis plutôt que vague. L'arbitrage n'est pas « la redistribution est coûteuse » — c'est « la redistribution est coûteuse d'exactement le montant dont les contraintes d'incitation-compatibilité sont contraignantes ». La magnitude dépend de paramètres spécifiques : quelle est l'élasticité de l'offre de travail ? Quelle est la grosseur de la queue de la distribution des capacités ? Ce sont des questions empiriques avec des réponses empiriques, non idéologiques. La théorie des mécanismes transforme le débat sur l'inégalité de la philosophie en ingénierie — mais l'ingénierie est contrainte par des limites informationnelles qu'aucune intelligence ne peut contourner.

Ce que vous ne pouvez pas encore résoudre

La théorie des mécanismes vous donne le cadre ; la théorie de la fiscalité optimale donne les chiffres. Revenez au chapitre 16 (§16.7) pour le résultat de fiscalité optimale de Ramsey — taxer davantage les biens inélastiques — et les estimations quantitatives : les taux marginaux supérieurs optimaux sont probablement de 50-70 % (Diamond & Saez 2011), plus élevés que la plupart des pays ne mettent en œuvre mais plus bas que « tout taxer » ne l'implique. Puis au chapitre 20 (§20.5, §20.8), le problème devient mondial : l'inégalité intra-pays est éclipsée par l'inégalité inter-pays, et les outils pour l'adresser — institutions, capital humain, interventions de développement — sont entièrement différents de la conception fiscale domestique.

Prises de position liées

Prise de position

« Un impôt sur la fortune est-il réalisable ? »

La proposition d'Elizabeth Warren rencontre la théorie des mécanismes : la contrainte liante sur la redistribution est l'incitation-compatibilité — les agents peuvent cacher leur type. La richesse est plus difficile à cacher que le revenu. Cela fait-il des impôts sur la richesse de meilleurs mécanismes ?

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12.2 Le théorème de Gibbard-Satterthwaite

Théorème de Gibbard-Satterthwaite. S’il y a au moins 3 alternatives et que la FSC est surjective, alors la seule FSC DSIC est une dictature — la préférence d’un agent détermine le résultat indépendamment des autres.

C'est l'analogue en conception de mécanismes du théorème d'impossibilité d'Arrow. Il dit que dans les cadres généraux de choix social, aucun mécanisme non dictatorial ne peut obtenir la révélation véridique des préférences en stratégies dominantes.

L'échappatoire : restreindre le domaine. Avec des préférences quasi linéaires ($U_i = v_i(a) + t_i$, où $t_i$ est un transfert monétaire), la barrière de Gibbard-Satterthwaite tombe. Le mécanisme VCG atteint l'efficience et DSIC avec des transferts.

12.3 Le mécanisme VCG

Mécanisme VCG. Le mécanisme VCG alloue efficacement ($\max \sum_i v_i$) et facture à chaque agent un paiement égal à l’externalité qu’il impose aux autres. La révélation véridique est une stratégie dominante car le paiement de chaque agent ne dépend que des déclarations des autres.
Enchère de Vickrey (enchère scellée au second prix). Le mécanisme VCG le plus simple pour un objet unique : le plus offrant gagne et paie la deuxième offre la plus élevée. Enchérir sa vraie valeur est une stratégie dominante car le paiement est indépendant de l’offre du gagnant. Introduit par Vickrey (1961).
Règle pivot de Clarke. La formule de paiement VCG : l’agent $i$ paie la différence entre le bien-être social que les autres atteindraient sans $i$ et le bien-être que les autres atteignent effectivement avec $i$. Chaque agent est « pivot » dans la mesure où il change le résultat pour les autres.

Le mécanisme de Vickrey-Clarke-Groves (VCG) atteint l'allocation efficiente avec la déclaration véridique comme stratégie dominante, en utilisant des transferts monétaires.

Allocation efficiente : $a^*(\theta) = \arg\max_a \sum_i v_i(a, \theta_i)$ — maximiser la valeur totale.

Paiement VCG de l'agent $i$ : $$t_i(\theta) = \sum_{j \neq i} v_j(a^*(\theta_{-i}), \theta_j) - \sum_{j \neq i} v_j(a^*(\theta), \theta_j)$$ (Eq. 12.3)

L'agent $i$ paie l'externalité qu'elle impose aux autres — la différence entre le bien-être des autres avec et sans $i$.

Pourquoi la déclaration véridique est-elle dominante ? Sous déclaration véridique, le gain de l'agent $i$ est :

$$v_i(a^*(\theta)) + t_i = v_i(a^*(\theta)) + \sum_{j \neq i} v_j(a^*(\theta_{-i})) - \sum_{j \neq i} v_j(a^*(\theta))$$

Cela se simplifie en $\sum_j v_j(a^*(\theta)) - \sum_{j \neq i} v_j(a^*(\theta_{-i}))$. Le second terme ne dépend pas de la déclaration de $i$. Donc $i$ maximise son gain en choisissant sa déclaration pour maximiser $\sum_j v_j(a^*(\theta))$ — ce qui se produit lorsqu'elle déclare véridiquement, puisque $a^*$ maximise déjà la valeur totale.

Interactif : Calculateur de paiements VCG

Entrez les valeurs des agents pour un objet unique indivisible. Le calculateur calcule les paiements VCG (équivalent à une enchère au second prix pour un objet unique).

Cliquez sur « Calculer » pour voir les résultats.

Figure 12.2. Valeurs des agents et paiements VCG. Chaque agent paie l'externalité qu'il impose aux autres. Le gagnant paie la deuxième valeur la plus élevée (dans une enchère à objet unique, le VCG se réduit à l'enchère de Vickrey).

Exemple 12.1 — VCG pour un bien public

Trois citoyens évaluent un pont à $v_1 = 30$, $v_2 = 25$, $v_3 = 15$. Le coût est $C = 60$.

Construire si $\sum v_i > C$ : \$10 > 60$ → oui.

Paiements de la taxe de Clarke :

Total collecté : \$10 + 15 + 5 = 40 < 60$. Il y a un déficit budgétaire de 20 — le VCG n'atteint généralement pas l'équilibre budgétaire. Chaque agent paie sa contribution « pivot ».

12.4 Enchères optimales et équivalence des revenus

Formats d'enchères

FormatRèglesLe gagnant paie
Anglaise (ascendante)Les enchérisseurs augmentent les enchères ; le dernier gagneDeuxième valeur la plus élevée (approx.)
Hollandaise (descendante)Le prix baisse jusqu'à ce que quelqu'un réclameSon enchère
Enchère scellée au premier prixL'enchère la plus élevée gagneSon enchère
Enchère scellée au second prix (Vickrey)L'enchère la plus élevée gagneDeuxième enchère la plus élevée

L'enchère de Vickrey (enchère scellée au second prix) est DSIC : la stratégie dominante de chaque enchérisseur est d'enchérir sa vraie valeur $v_i$. Enchérir au-dessus de $v_i$ risque de gagner à un prix supérieur à la valeur ; enchérir en dessous risque de perdre quand la deuxième enchère la plus élevée est inférieure à $v_i$.

Équivalence des revenus

Théorème d'équivalence des revenus (Myerson, 1981). Si les enchérisseurs sont neutres au risque avec des valeurs privées indépendantes tirées de la même distribution, tout mécanisme d’enchères qui : (a) alloue l’objet à l’enchérisseur de plus haute valeur, et (b) donne un gain espéré nul au type le plus bas — génère le même revenu espéré.

C'est un résultat stupéfiant. Il dit que les différences apparemment vastes entre les formats d'enchères — ouvertes vs scellées, ascendantes vs descendantes, premier prix vs second prix — sont sans importance pour le revenu espéré dans ces conditions.

Quand l'équivalence des revenus se brise :

Interactif : Simulateur d'enchères

Définissez le nombre d'enchérisseurs et leur distribution de valeurs. Lancez des enchères uniques pour voir les résultats individuels, ou lancez 100 tours pour observer l'équivalence des revenus (les revenus moyens convergent entre les formats). Ajustez le curseur d'aversion au risque pour briser l'équivalence.

Neutre au risque (0) Modéré (0,4) Élevé (0,8)
Cliquez sur un bouton pour lancer le simulateur d'enchères.

Figure 12.3. Résultats des enchères. En exécution unique, les revenus diffèrent selon les formats en raison du hasard. Sur 100 exécutions, les revenus moyens convergent — démontrant l'équivalence des revenus. Augmentez l'aversion au risque ($\rho > 0$) pour briser l'équivalence : le revenu du premier prix dépasse celui du second prix.

L'enchère optimale de Myerson

Valeur virtuelle. La valeur virtuelle d’un enchérisseur $\psi(\theta_i) = \theta_i - (1 - F(\theta_i))/f(\theta_i)$ ajuste la valeur réelle à la baisse pour tenir compte de la rente informationnelle que le vendeur doit laisser pour inciter à la révélation véridique. L’enchère optimale maximise le surplus virtuel espéré.
Prix de réserve optimal. L’offre minimale en dessous de laquelle le vendeur refuse de vendre, même si l’objet n’a aucune valeur pour lui. Fixée où la valeur virtuelle égale zéro : $\psi(r^*) = 0$. Le prix de réserve optimal arbitre entre la probabilité de vente et le revenu extrait des enchérisseurs à haute valeur.

Quand le vendeur veut maximiser le revenu (pas l'efficience), Myerson a montré que le mécanisme optimal utilise la valeur virtuelle :

$$\psi(\theta_i) = \theta_i - \frac{1 - F(\theta_i)}{f(\theta_i)}$$ (Eq. 12.4)

où $F$ est la CDF et $f$ est la PDF de la distribution des valeurs de l'enchérisseur.

$$\text{Allouer à la valeur virtuelle la plus élevée si } \psi(\theta_i) > 0$$ (Eq. 12.5)

L'enchère optimale alloue à l'enchérisseur ayant la valeur virtuelle la plus élevée, à condition qu'elle soit positive. Si toutes les valeurs virtuelles sont négatives, le vendeur conserve l'objet. Cela implique un prix de réserve — le vendeur fixe une enchère minimale égale à $\psi^{-1}(0)$.

$$r^*: \quad \psi(r^*) = r^* - \frac{1 - F(r^*)}{f(r^*)} = 0$$ (Eq. 12.6)
$$\text{Tous les mécanismes avec la même règle d'allocation produisent le même revenu espéré}$$ (Eq. 12.7)
Exemple 12.2 — Prix de réserve optimal

Valeurs uniformément distribuées sur $[0, 1]$ : $F(\theta) = \theta$, $f(\theta) = 1$.

$\psi(\theta) = \theta - (1-\theta)/1 = 2\theta - 1$

$\psi(\theta) = 0 \implies \theta = 1/2$. Prix de réserve optimal = $1/2$.

Une enchère au second prix avec réserve $1/2$ est optimale : l'objet n'est vendu que si au moins un enchérisseur le valorise au-dessus de $1/2$.

Interactif : Enchère optimale de Myerson

Pour des valeurs tirées de Uniform$[0, V_{\max}]$, la valeur virtuelle est $\psi(\theta) = 2\theta - V_{\max}$. Faites glisser le curseur du prix de réserve. La courbe de revenu montre le revenu espéré en fonction de la réserve. La réserve optimale (maximisant le revenu espéré) est mise en évidence.

Pas de réserve (0) Optimal ($r^*$) Maximum (1)
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Figure 12.4a. Fonction de valeur virtuelle $\psi(\theta) = 2\theta - 1$ (pour $U[0,1]$). Le prix de réserve est fixé là où $\psi(r) = 0$. Les enchérisseurs avec $\theta < r$ sont exclus (zone rouge).

Figure 12.4b. Revenu espéré en fonction du prix de réserve. Le point vert marque la réserve optimale maximisant le revenu espéré. Votre réserve choisie est indiquée par un point bleu.

Exemple 12.4 — Vérification de la compatibilité incitative

Un gouvernement attribue une licence à l'une de deux entreprises. L'entreprise $i$ a une valeur privée $\theta_i \in \{L, H\} = \{10, 50\}$, chacune également probable.

Mécanisme proposé : Attribuer à l'entreprise déclarant la valeur la plus élevée ; en cas d'égalité, attribuer à l'entreprise 1. Paiement : le gagnant paie 30.

Vérification IC pour une entreprise à haute valeur ($\theta = 50$) :

La déclaration véridique est meilleure. IC est satisfaite pour le type $H$.

Vérification IC pour une entreprise à faible valeur ($\theta = 10$) :

La déclaration véridique est meilleure. IC est satisfaite pour le type $L$. Le mécanisme est compatible avec les incitations.

Exemple 12.5 — Vérification de l'équivalence des revenus

Deux enchérisseurs avec des valeurs tirées indépendamment de $U[0, 100]$.

Enchère au second prix : Revenu espéré = $E[\text{2e valeur la plus élevée}] = 100/3 \approx 33.33$.

Enchère au premier prix : Enchère optimale avec 2 enchérisseurs : $b(\theta) = \theta/2$. Revenu espéré = $E[\max(b_1, b_2)] = E[\max(\theta_1/2, \theta_2/2)] = E[\max(\theta_1, \theta_2)]/2 = (200/3)/2 = 100/3 \approx 33.33$.

Les deux formats produisent un revenu espéré de \$100/3$, confirmant l'équivalence des revenus. L'enchère au premier prix génère un revenu moins variable (chaque gagnant paie exactement la moitié de sa valeur) tandis que l'enchère au second prix a une variance plus élevée (le paiement dépend de la deuxième valeur la plus élevée, qui peut varier considérablement).

Impossibilité de Myerson-Satterthwaite

Théorème de Myerson-Satterthwaite (1983). Dans un échange bilatéral avec information privée — un acheteur et un vendeur, chacun ne connaissant que sa propre valuation — il n’existe aucun mécanisme réalisant simultanément :
  1. Rationalité individuelle (IR) : Les deux parties participent volontairement
  2. Compatibilité incitative (IC) : Les deux parties déclarent véridiquement
  3. Équilibre budgétaire (BB) : Pas de subvention extérieure nécessaire
  4. Efficacité : L’échange a lieu si et seulement si $v_B > c_S$

Intuition : Le vendeur veut surestimer son coût (pour obtenir un prix plus élevé). L'acheteur veut sous-estimer sa valeur (pour payer moins). La compatibilité incitative exige de laisser des « rentes informationnelles » aux deux parties. Ces rentes sont coûteuses, et avec l'équilibre budgétaire, il n'y a pas assez de surplus pour payer les deux rentes et garantir que tous les échanges efficients aient lieu.

La négociation réelle sous information privée — négociations salariales, achats de voitures d'occasion, fusions-acquisitions — implique toujours une certaine inefficience. Les institutions comme les prix affichés, les systèmes de réputation et les contrats standardisés atténuent le problème mais ne peuvent l'éliminer complètement.

12.5 Marchés d'appariement

Design de marché. La branche de l’économie qui conçoit des institutions et des mécanismes d’allocation réels, appliquant la conception de mécanismes et la théorie de l’appariement aux problèmes pratiques. Applications clés : appariement des résidents médicaux (NRMP), choix scolaire, échange de reins et enchères de spectre. Roth décrit cela comme « l’économiste comme ingénieur ».

Certains biens ne peuvent être alloués par les prix — on ne vend pas (ou ne devrait pas vendre) les admissions scolaires, les transplantations d'organes ou les postes de résidence. Les marchés d'appariement utilisent des algorithmes à la place.

Algorithme d'acceptation différée de Gale-Shapley

Appariement stable. Un appariement dans lequel aucune paire non appariée ne se préfère mutuellement à ses partenaires actuels. La stabilité garantit qu’il n’y a pas de « fugues » — aucune paire n’a l’incitation et la capacité de dévier de l’appariement assigné.
Algorithme d'acceptation différée. L’algorithme de Gale-Shapley pour trouver un appariement stable : les proposants font des offres par ordre de préférence, les répondants retiennent provisoirement leur meilleure offre et rejettent le reste, les proposants rejetés passent à leur choix suivant. L’algorithme se termine en au plus $n^2$ tours.
Appariement stable optimal pour le proposant. L’appariement stable produit lorsqu’un côté propose dans l’algorithme d’acceptation différée. C’est le meilleur appariement stable pour les proposants et le pire pour les répondants. Cette asymétrie signifie que le choix de qui propose a des conséquences distributives significatives.
Immunité stratégique. Un mécanisme est à l’épreuve de la stratégie si la révélation véridique est une stratégie dominante pour chaque participant. L’algorithme d’acceptation différée est à l’épreuve de la stratégie pour le côté proposant mais pas pour le côté répondant.
Configuration : Deux côtés d’un marché (par ex., étudiants et écoles). Chaque agent classe l’autre côté.

Algorithme (version optimale pour les proposants) :
  1. Chaque proposant propose à son partenaire préféré
  2. Chaque répondant accepte provisoirement la meilleure proposition et rejette le reste
  3. Les proposants rejetés proposent à leur choix suivant
  4. Répéter jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de rejets
$$\text{GS se termine en } \leq n^2 \text{ tours et produit l'appariement stable optimal pour le proposant}$$ (Eq. 12.8)

Théorème (Gale & Shapley, 1962). L'algorithme termine en au plus $n^2$ tours et produit un appariement stable — aucune paire non appariée ne préfère mutuellement l'autre à son partenaire actuel.

Propriétés :

Interactif : Gale-Shapley étape par étape

Entrez les listes de préférences des étudiants et des écoles. L'algorithme anime chaque tour : propositions, acceptations provisoires et rejets. Entrez les préférences sous forme de noms séparés par des virgules (par ex. « W,X,Y,Z »).

Exemple 12.3 — Gale-Shapley avec quatre étudiants

Quatre étudiants (A, B, C, D) et quatre écoles (W, X, Y, Z). Les étudiants proposent.

ÉtudiantPréférencesÉcolePréférences
AW > X > Y > ZWB > A > D > C
BX > W > Y > ZXA > B > C > D
CW > Y > X > ZYC > D > A > B
DY > W > X > ZZD > C > B > A

Appariement final : A-W, B-X, C-Y, D-Z. C'est stable : aucune paire ne veut dévier. Utilisez l'interactif ci-dessus pour vérifier étape par étape.

Interactif : Avantage du proposant

Exécutez Gale-Shapley avec les étudiants proposant vs les écoles proposant. Comparez les deux appariements stables. Le côté proposant obtient toujours son meilleur appariement stable ; le côté répondant obtient son pire.

Design de marché dans le monde réel

Alvin Roth (Nobel 2012, partagé avec Lloyd Shapley) décrit cela comme « l'économiste ingénieur » — utiliser la théorie économique non seulement pour expliquer le monde mais pour concevoir des institutions réelles qui améliorent la vie des gens.

La leçon plus large : Les marchés ne sont pas des objets naturels qui surgissent spontanément. Ce sont des institutions conçues — des règles, algorithmes et mécanismes d'application qui déterminent qui obtient quoi, à quel prix et par quel processus. La conception compte énormément.

Fil conducteur : L'entreprise de Maya

La ville décide de mettre aux enchères le droit exclusif d'exploiter un stand de limonade au coin le plus prisé du centre-ville. Trois vendeurs potentiels : Maya ($v_M = 50$/jour), Nate ($v_N = 35$/jour), Olivia ($v_O = 20$/jour). Valeurs tirées de $U[0, 60]$.

Enchère au second prix (Vickrey) : La stratégie dominante est d'enchérir véridiquement. Maya enchérit 50, Nate enchérit 35, Olivia enchérit 20. Maya gagne, paie 35.

Enchère optimale (Myerson) : Valeurs virtuelles avec $F(\theta) = \theta/60$, $f(\theta) = 1/60$ :

$\psi(\theta) = \theta - (60 - \theta) = 2\theta - 60$

Prix de réserve : $\psi(\theta) = 0 \implies \theta = 30$.

Valeur virtuelle de Maya : \$1(50) - 60 = 40$. Nate : \$10$. Olivia : $-20$ (exclue par l'enchère optimale).

Dans une enchère au second prix avec réserve 30 : Maya gagne, paie $\max(35, 30) = 35$.

La perspective historique

Roth, « l'économiste ingénieur ». Alvin Roth (prix Nobel 2012) a transformé la conception de mécanismes d'une théorie pure en une discipline pratique qui redessine les marchés réels. Son travail démontre que les marchés sont des institutions conçues, non des phénomènes naturels.

Le National Residency Matching Program (NRMP) : Roth a diagnostiqué pourquoi l'ancien système d'appariement des résidents médicaux échouait (instabilité, manipulation stratégique) et l'a redessiné en utilisant l'acceptation différée. Le nouveau système apparie environ 40 000 résidents médicaux par an.

Échange de reins : Roth, Sonmez et Unver ont conçu des protocoles d'échange permettant aux paires donneur-patient incompatibles d'échanger des donneurs à travers des chaînes de transplantations, sauvant des milliers de vies. C'était du pur design de marché — créer un marché là où il n'en existait pas, sans utiliser de prix.

Choix scolaire : Roth et ses collègues ont remplacé le mécanisme manipulable d'affectation scolaire de Boston par un système stratégiquement sûr. Sous l'ancien système, les parents qui déclaraient leurs vraies préférences étaient pénalisés ; sous le nouveau système, l'honnêteté est toujours optimale.

Enchères de spectre : Milgrom et Wilson (prix Nobel 2020) ont conçu des enchères combinatoires pour la FCC, levant des milliards de dollars tout en allouant efficacement les licences de spectre. L'enchère incitative de 2017 a levé à elle seule 19,8 milliards de dollars.

Le fil conducteur : la théorie économique fournit le plan, mais la mise en œuvre nécessite de comprendre le contexte institutionnel spécifique — les « détails » que la théorie pure abstrait.

Grande Question #7

Les marchés allouent-ils les ressources efficacement ?

Vous avez maintenant la boîte à outils complète : les théorèmes du bien-être vous ont dit quand les marchés fonctionnent (chapitre 11) ; la théorie des mécanismes et le design de marché vous montrent quoi faire quand ils ne fonctionnent pas. C'est l'étape finale.

Ce que dit le modèle

Quand les marchés traditionnels échouent — quand les conditions du théorème du bien-être ne tiennent pas — vous pouvez concevoir de meilleures institutions. Le principe de révélation dit que l'espace de conception est tractable : concentrez-vous sur les mécanismes directs véridiques. VCG implémente des résultats efficaces avec des incitations en stratégie dominante quand les préférences sont quasi-linéaires. Et là où les prix ne peuvent pas fonctionner du tout — les reins ne peuvent pas être achetés, les places d'école ne peuvent pas être vendues aux enchères — l'acceptation différée de Gale-Shapley produit des appariements stables sans aucun transfert monétaire. Ce ne sont pas des hypothèses. L'échange de reins a sauvé des milliers de vies en créant un marché là où aucun ne pouvait exister. Les redessinages de choix d'école ont remplacé des systèmes manipulables par des systèmes à l'épreuve de la stratégie, rendant l'honnêteté la stratégie optimale pour chaque parent. Les enchères de spectre (Milgrom, Wilson — Nobel 2020) ont levé des milliards tout en allouant les licences efficacement. Le programme « économiste comme ingénieur » de Roth démontre que la théorie économique peut concevoir des institutions réelles qui surpassent à la fois les marchés non régulés et l'intervention gouvernementale brute.

La contre-argumentation la plus forte

L'impossibilité de Myerson-Satterthwaite tempère l'optimisme de la théorie des mécanismes : en commerce bilatéral avec information privée, aucun mécanisme ne peut atteindre simultanément efficacité, incitation-compatibilité, rationalité individuelle et équilibre budgétaire. Ce n'est pas une limitation technique — c'est une impossibilité fondamentale. Les histoires de succès du design de marché (appariement, enchères, échange de reins) partagent une caractéristique cruciale : elles opèrent dans des environnements structurés, bien définis où les « règles du jeu » sont claires et le concepteur a un contrôle substantiel. Dans des environnements plus désordonnés — systèmes de santé, marchés financiers, marchés du travail, politique macroéconomique — le problème de conception institutionnelle est d'ordres de grandeur plus difficile. Le concepteur de mécanismes doit connaître la distribution des types, l'ensemble des allocations faisables, et les fonctions d'utilité des agents. Dans des contextes complexes du monde réel, cette connaissance est précisément ce que le concepteur n'a pas. La révolution de la théorie des mécanismes a peut-être réussi dans les cas faciles tout en laissant les difficiles intacts.

Comment le courant dominant a répondu

Le design de marché est devenu une discipline pragmatique qui prend les limites au sérieux. La méthodologie de Roth est explicitement « concevoir, implémenter, observer, redessiner » — non « prouver l'optimalité et déployer ». L'algorithme d'appariement NRMP a été révisé plusieurs fois à mesure que de nouveaux problèmes émergeaient (appariement de couples, pénuries d'hôpitaux ruraux). Les formats d'enchères de spectre ont évolué d'enchères ascendantes simultanées simples à des conceptions combinatoires complexes à mesure que la FCC apprenait des tours précédents. La profession est passée de prouver des résultats d'impossibilité à demander : compte tenu des impossibilités, quel est le meilleur mécanisme atteignable ? La théorie computationnelle des mécanismes — intégrant contraintes algorithmiques et contraintes d'incitation — est la frontière active, particulièrement pertinente à mesure que les plateformes numériques deviennent les institutions de marché dominantes.

Le jugement (à ce niveau)

Les marchés allouent les ressources efficacement quand les conditions du théorème du bien-être tiennent — et elles tiennent approximativement assez pour faire des marchés la valeur par défaut pour la plupart des biens. Quand elles échouent, la théorie des mécanismes offre une véritable alternative : non « laissez le gouvernement décider » mais « concevez une institution dont les incitations produisent le résultat que vous voulez ». Les histoires de succès sont réelles et importantes. Mais la théorie des mécanismes n'est pas un solvant universel. Elle fonctionne mieux dans des contextes structurés, bien définis. La frontière — marchés numériques, tarification algorithmique, transactions médiatisées par IA, monopoles de plateforme — soulève des questions que la théorie existante n'aborde pas pleinement. La réponse à « les marchés allouent-ils les ressources efficacement ? » est : oui, quand les conditions tiennent ; et quand elles ne tiennent pas, nous pouvons parfois concevoir quelque chose de meilleur — mais « parfois » fait beaucoup de travail dans cette phrase, et l'ingénierie est plus difficile que la théorie ne le suggère.

Ce que vous ne pouvez pas encore résoudre

C'est l'étape finale sur la GQ #7. L'arc est allé du surplus comme repère (Ch 3) à travers les défaillances de marché (Ch 4), les théorèmes formels du bien-être (Ch 11), et maintenant la théorie des mécanismes. La question « les marchés allouent-ils les ressources efficacement ? » s'avère être la mauvaise question — la bonne est « sous quelles conditions, et que pouvons-nous construire quand les conditions échouent ? ». La réponse implique les théorèmes du bien-être et la théorie des mécanismes et la sagesse pratique que le design est contraint par politique, information et calcul. La prochaine frontière est là où la théorie des mécanismes rencontre l'économie comportementale (chapitre 19) — des agents qui ne sont pas pleinement rationnels peuvent ne pas répondre à des mécanismes incitation-compatibles comme la théorie le prédit. La rationalité bornée peut être la contrainte liante que la théorie des mécanismes n'a pas encore résolue.

Prises de position liées

Prise de position

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

Le cri de ralliement de Bernie Sanders rencontre la théorie des mécanismes : la santé échoue à chaque condition du théorème du bien-être. La théorie des mécanismes peut-elle faire mieux ? L'échange de reins dit oui pour les organes. Pour le reste de la santé, le problème de conception reste non résolu.

Intermédiaire
Prise de position

« Les géants du numérique sont-ils des monopoles ? »

Le paradoxe antitrust de Khan : les marchés de plateforme sont des institutions conçues — mais conçues par les plateformes, pour les plateformes. Le standard du bien-être consommateur y est aveugle.

Avancé
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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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Grande Question #9

L'inégalité est-elle un problème que l'économie peut résoudre ?

Des écarts de richesse aux impôts optimaux en passant par les transferts monétaires — ce que les outils disent vraiment et où ils se taisent

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Résumé

Équations clés

LibelléÉquationDescription
Éq. 12.1$U_i(\theta_i, \theta_i) \geq U_i(\hat{\theta}_i, \theta_i)$ pour tout $\hat{\theta}_i, \theta_{-i}$DSIC
Éq. 12.2$E[U_i(\theta_i, \theta_i)] \geq E[U_i(\hat{\theta}_i, \theta_i)]$BIC
Éq. 12.3$t_i = \sum_{j \neq i} v_j(a^*(\theta_{-i})) - \sum_{j \neq i} v_j(a^*(\theta))$Paiement VCG
Éq. 12.4$\psi(\theta) = \theta - (1-F(\theta))/f(\theta)$Valeur virtuelle de Myerson

Exercices

Pratique

  1. Un objet unique indivisible est mis aux enchères entre deux enchérisseurs avec des valeurs $v_1 = 10$, $v_2 = 7$. Calculez le gagnant et le paiement pour : (a) enchère scellée au premier prix (supposez que chaque enchérisseur réduit son enchère de moitié), (b) enchère scellée au second prix, (c) enchère anglaise.
  2. Trois votants classent trois alternatives {A, B, C}. Construisez des profils de préférences tels que : (a) la règle majoritaire produise un cycle (paradoxe de Condorcet), (b) une règle dictatoriale évite le cycle.
  3. Exécutez Gale-Shapley (étudiants proposent) sur : Étudiants {1,2,3}, Écoles {X,Y,Z}. Préférences : 1 : X>Y>Z, 2 : Y>X>Z, 3 : X>Y>Z. Écoles : X : 1>2>3, Y : 2>3>1, Z : 3>1>2.

Application

  1. Un gouvernement veut allouer efficacement des permis d'émission de carbone. Comparez : (a) un mécanisme VCG (les entreprises déclarent leurs coûts de réduction), (b) une enchère standard, (c) un marché de cap-and-trade. Sous quelles conditions produisent-ils la même allocation ?
  2. Expliquez pourquoi eBay utilise une enchère au second prix (enchère par procuration) plutôt qu'une enchère au premier prix. Comment le résultat de Vickrey est-il lié à la conception d'eBay ?
  3. Le mécanisme de choix scolaire de Boston (avant la réforme) pénalisait les parents qui listaient des écoles populaires s'ils n'étaient pas hautement prioritaires. Expliquez pourquoi ce n'est pas stratégiquement sûr et comment l'acceptation différée résout ce problème.
  4. Le théorème de Myerson-Satterthwaite dit que l'échange bilatéral efficient est impossible avec information privée. Pourtant eBay, Craigslist et les marchés de voitures d'occasion facilitent des millions d'échanges quotidiennement. Comment ces institutions atténuent-elles le résultat d'impossibilité ?

Défi

  1. Dérivez le prix de réserve optimal pour une enchère au second prix avec $n$ enchérisseurs dont les valeurs sont tirées i.i.d. de $U[0, 1]$. Montrez que la réserve est $1/2$ quel que soit $n$. Quel est le revenu espéré en fonction de $n$ ?
  2. Prouvez que l'algorithme de Gale-Shapley produit un appariement stable. (Indice : supposez qu'il existe une paire bloquante. Montrez que cela mène à une contradiction avec la logique de rejet de l'algorithme.)
  3. Un vendeur a deux objets identiques et trois enchérisseurs avec des valeurs $v_1 > v_2 > v_3$. Concevez un mécanisme VCG pour cette enchère multi-unités. Combien paie chaque gagnant ?
  4. Considérez un marché d'appariement où un côté a des préférences strictes mais l'autre côté est indifférent parmi certains appariements (égalités). Gale-Shapley produit-il toujours un appariement stable ? Si les égalités sont brisées aléatoirement, le résultat est-il unique ?

Vous avez terminé la Partie IV — Méthodes & Micro Avancée

Vous pouvez maintenant évaluer :

  • Affirmations causales en économie (VI, DiD, RD, ECR)
  • Si les milliardaires sont efficaces ou une défaillance de marché
  • Les théorèmes du bien-être : quand les marchés fonctionnent, formellement

Grandes Questions à explorer :

  • GQ #7 (efficacité du marché) est maintenant pleinement résolue.
  • GQ #3 (salaires minimums) a atteint une résolution empirique.

Dans la Partie V : macro graduate. Les modèles deviennent sérieux — et les débats politiques aussi.