L'Internet Physique (IP) est une initiative qui identifie plusieurs symptômes d'inefficacité et non-durabilité des systèmes logistiques et les traite en proposant un nouveau paradigme appelé logistique hyperconnectée. Semblable à l'Internet Digital, qui relie des milliers de réseaux d'ordinateurs personnels et locaux, IP permettra de relier les systèmes logistiques fragmentés actuels. Le but principal étant d'améliorer la performance des systèmes logistiques des points de vue économique, environnemental et social. Se concentrant spécifiquement sur les systèmes de distribution, cette thèse remet en question l'ordre de magnitude du gain de performances en exploitant la distribution hyperconnectée habilitée par IP. Elle concerne également la caractérisation de la planification de la distribution hyperconnectée. Pour répondre à la première question, une approche de la recherche exploratoire basée sur la modélisation de l'optimisation est appliquée, où les systèmes de distribution actuels et potentiels sont modélisés. Ensuite, un ensemble d'échantillons d'affaires réalistes sont créé, et leurs performances économique et environnementale sont évaluées en ciblant de multiples performances sociales. Un cadre conceptuel de planification, incluant la modélisation mathématique est proposé pour l’aide à la prise de décision dans des systèmes de distribution hyperconnectée. Partant des résultats obtenus par notre étude, nous avons démontré qu’un gain substantiel peut être obtenu en migrant vers la distribution hyperconnectée. Nous avons également démontré que l'ampleur du gain varie en fonction des caractéristiques des activités et des performances sociales ciblées. Puisque l'Internet physique est un sujet nouveau, le Chapitre 1 présente brièvement l’IP et hyper connectivité. Le Chapitre 2 discute les fondements, l'objectif et la méthodologie de la recherche. Les défis relevés au cours de cette recherche sont décrits et le type de contributions visés est mis en évidence. Le Chapitre 3 présente les modèles d'optimisation. Influencés par les caractéristiques des systèmes de distribution actuels et potentiels, trois modèles fondés sur le système de distribution sont développés. Chapitre 4 traite la caractérisation des échantillons d’affaires ainsi que la modélisation et le calibrage des paramètres employés dans les modèles. Les résultats de la recherche exploratoire sont présentés au Chapitre 5. Le Chapitre 6 décrit le cadre conceptuel de planification de la distribution hyperconnectée. Le chapitre 7 résume le contenu de la thèse et met en évidence les contributions principales. En outre, il identifie les limites de la recherche et les avenues potentielles de recherches futures. / The Physical Internet (PI) is an initiative that identifies several symptoms of logistics systems unsustainability and inefficiency and tackles them by proposing a novel paradigm called Hyperconnected Logistics. Similar to the Digital Internet, which connects thousands of personal and local computer networks, PI will connect the fragmented logistics systems of today. The main purpose is to enhance the performance of logistics systems from economic, environmental and social perspectives. Focusing specifically on the distribution system, this thesis questions the order of magnitude of the performance gain by exploiting the PI-enabled hyperconnected distribution. It is also concerned by the characterization of the hyperconnected distribution planning. To address the first question, an exploratory research approach based on optimization modeling is applied; first, the current and prospective distribution systems are modeled. Then, a set of realistic business samples are created, and their economic and environmental performance by targeting multiple social performances are assessed. A conceptual planning framework is proposed to support the decision making in the hyperconnected distribution system. Based on the results obtained by our investigation, it can be argued that a substantial gain can be achieved by shifting toward Hyperconnected Distribution. It is also revealed that the magnitude of the gain varies by business characteristics and the targeted social performance. Since the Physical Internet is a novel topic, chapter 1 briefly introduces PI and Hyperconnected Logistics. Chapter 2 discusses the research foundations, goal and methodology. It also describes the challenges of conducting this research and highlights the type of contributions aimed for. Chapter 3 presents the optimization models including a core distribution network design modeling approach. Influenced by the characteristics of the current and prospective distribution systems, three distribution system-driven models are developed. Chapter 4 engages with the characterization of the business samples, the modeling and calibration of the parameter that are employed in the models. The exploratory investigation results are presented in Chapter 5. Chapter 6 describes the hyperconnected distribution planning framework. Chapter 7 summarizes the content of the thesis and highlights the main contributions. Moreover, it identifies the research limitations and potential future research avenues.