Cette thèse porte sur les instruments de politique publique permettant de réduire les émissions de CO2 liées à l’usage des véhicules particuliers. La mise en place de ces instruments est légitime et nécessaire compte tenu de la contribution de ces véhicules au changement climatique (17% des émissions de CO2 en France en 2010). Dans le cadre d’une modélisation théorique en équilibre partiel et statique du marché automobile, les travaux considèrent deux leviers de réduction d’émissions : l’amélioration de la performance énergétique des véhicules et la diminution des distances parcourues. Dans un premier Chapitre consacré à l’analyse côté offre du système automobile, la question de recherche est de déterminer si, d’une part, une coopération entre acteurs de la filière automobile conduit à la production de véhicules plus économes en carburant qu’en l’absence de coopération, et d’autre part, si cette coopération est un substitut ou non à l’intervention publique. L’impact de la demande de véhicules économes en carburant sur les décisions d’investissement et de coopération des producteurs est démontré, ce qui justifie la mise en place d'outils de politique publique stimulant la demande. Aussi, le deuxième Chapitre est consacré à l’analyse de la demande de véhicules et de kilomètres. L’accent est mis sur l’interdépendance entre ces deux demandes, qui est à l’origine du phénomène bien connu d’effet rebond. Il est question d’étudier l’impact de cet effet rebond sur l’efficacité des taxes différenciées à l’achat et des taxes à l’usage des véhicules. Enfin, l’ambition du dernier Chapitre est tenir compte des effets de ces instruments sur l’utilité des ménages et le profit pour la filière automobile. L’objectif plus large est de déterminer si les décideurs publiques sont à mêmes de lutter contre les émissions de CO2 des véhicules tout en augmentant le bien-être de la population et la croissance économique. / This Thesis analyses public economic policies enabling to reduce CO2 emissions from car use. Implementing these tools is legitimate and necessary because of the high contribution of passenger vehicles to climate change (17% of CO2 emissions in France in 2010). Within a partial and static equilibrium model of the car market, the present research considers two distinct levers to cut CO2 emissions from car use: the improvements of passenger vehicles energy-efficiency, and a reduction in miles driven. In the first Chapter dedicated to an analysis of the supply-side of the automotive system, the research question consists in investigating on the one hand whether a cooperation among actors of the automotive sector leads to the production of vehicles that are less fuel-consuming than without the cooperation; and on the other hand whether this cooperation could be a substitute to a policy intervention. The impact of the demand for low fuel-consuming vehicles on the producers’ decision to invest and to cooperate is demonstrated; this justifies the implementation of policy tools stimulating demand. Hence, the second Chapter is dedicated to an analysis of the demand for vehicles and kilometres. Emphasis is placed on the interdependency between car choice and car use, which is at the root of the well-known phenomenon of rebound effect. The aim is to study the impact of that rebound effect on the efficiency of differentiated car purchase taxes and car use taxes. Lastly, the ambition of the last Chapter is to take the impacts of the latter pricing tools on households’ utility and automotive sector’s profit into account. More generally, the purpose is to investigate whether public decision-makers are able to mitigate CO2 emissions from car use while improving households’ well-being and economic growth.