Les sciences "dures" et les sciences humaines ont un intérêt commun pour les phénomènes collectifs, qui sont également un sujet de recherche important dans le domaine des systèmes complexes. Cette thèse se focalise sur l’étude des systèmes urbains, en utilisant des outils analytiques venant de la physique statistique, et des simulations, en particulier la modélisation multi-agents. Une première résolution analytique d’un modèle de ségrégation spatiale de Schelling est obtenue à l’aide d’un formalisme de physique statistique qui relie la dynamique individuelle et collective. Ce formalisme montre que l’utilité ou le bien être des modèles socio-économiques correspond à un potentiel chimique en physique, ce qu’illustre un modèle de logement urbain. Le marché du logement est étudié plus en détail grâce à un modèle parcimonieux de formation du prix. La mise en oeuvre d’un modèle multi-agents, qui reproduit les résultats du modèle standard de l’économie urbaine (AMM), donne un deuxième point de vue sur les systèmes urbains et l’interaction entre transport et localisation résidentielle. Les simulations fournissent des résultats là où la résolution analytique fait défaut. Ce modèle est utilisé pour étudier les impacts économique, environnemental et social de l’introduction d’une aménité dans l’espace urbain et de la ville polycentrique. Avec deux catégories de revenu, ce travail fournit des hypothèses quant aux différentes structures sociales urbaines dans les villes nord-américaines et européennes par exemple. / Social and natural sciences share an interest for collective phenomena, which constitute an important part of the domain of complex systems. This thesis focuses on the study of urban systems, using analytical tools inspired by statistical physics, and also simulations, in particular agent-based models.A first analytical resolution of a Schelling spatial segregation model is presented, using a statistical physics framework linking individual and collective dynamics. This framework shows that utility or welfare in socio-economic models corresponds to a chemical potential in physics, a correspondence which is applied to a urban housing model. The housing market is further studied with a parsimonious price formation model. The implementation of an agent-based model, which reproduces the results of the standard urban economics (AMM) model, provides a second point of view on urban systems and the interaction between transport and land use. The simulations give results also when analytical resolution is lacking. The model is used to study the economic, environmental and social outcomes of having an amenity in the urban area and of polycentric cities. With two income groups, this work provides insights on the different urban social structures in North American and European cities for instance.

Les villes ne sont pas des territoires homogènes : certains quartiers sont exempts de difficultés socio-économiques alors que d’autres les concentrent de manière cumulative. Ces fractures reflètent la ségrégation urbaine : il s’agit de l’inscription spatiale des inégalités socio-économiques dans la ville. Sur ce sujet, trois objectifs sont poursuivis dans cette thèse : il s’agit de s’interroger sur (i) l’explication de l’apparition de structures urbaines ségrégées, (ii) le lien entre ségrégation et marché du travail et (iii) le lien entre ségrégation et éducation, en s’inscrivant dans le champ théorique de l’Économie Urbaine. Selon ce cadre théorique, la structure urbaine influence le statut d’emploi des individus à travers notamment la distance aux emplois. Cette hypothèse est testée via la réalisation d’une étude empirique à l’échelle de l’aire urbaine marseillaise. Le lien entre ségrégation et éducation est appréhendé à travers l’évaluation des politiques publiques en faveur de l’éducation. Les effets de ces politiques sont caractérisés au travers d’une revue critique de la littérature et d’une étude empirique portant sur le rôle de la politique de la Ville sur le parcours scolaire des collégiens franciliens. Cette démarche permet de mettre en évidence l’existence d’un effet de la distance aux emplois, d’effets de quartiers et de pairs sur le statut d’emploi des individus. Elle permet aussi de mettre en avant l’effet de positif de la politique de la Ville sur le redoublement mais également son influence plus nuancée sur les choix d’orientation post-troisième. Ainsi, cette thèse fournit une explication de l’existence et de la forme de la ségrégation urbaine en France. / Cities are not homogeneous territories: some neighborhoods concentrate wealth while others face difficulties such as unemployment, poverty, exclusion or crime. These fractures are a consequence of urban segregation, i.e. socioeconomic inequalities spatial pattern. To that matter, this thesis addresses three objectives: (i) the characterization and explanation of segregated urban structures appearance, (ii) the link between segregation and labor market, and eventually (iii) the link between segregation and education. According to Urban Economics, the urban structure influences individual’s employment status through the distance to jobs. This hypothesis is tested via an empirical study on the Marseille urban area. The link between segregation and education is apprehended through the educational public policies evaluations. The effects of these policies are characterized through a critical literature review and an empirical study of the role of the “Politique de la Ville” on the junior high school student’s schooling in Ile-de-France. This approach highlights the effects of job distance, neighborhoods and peer effects on individual’s employment status. This approach also shows the “Politique de la Ville” positive effect on grade retention and the nuanced effect on schooling choices. Finally, this thesis provides an explication to the existence and form of the urban segregation in France.