La littérature théorique portant sur le phosphore considère que le marché de la ressource est parfaitement concurrentiel, alors que son fonctionnement montre, en réalité, qu'il en est autrement. En effet, plusieurs interactions stratégiques existent sur ce marché. L'objectif principal de cette thèse est de reconsidérer ce marché dans un cadre de concurrence imparfaite. Il s'agit, particulièrement, d'analyser l'effet du recyclage sur l'extraction d'une ressource épuisable, sur la dynamique du prix de la ressource, sur sa date d'épuisement et sur la réduction de la pollution aquatique. Cette thèse est organisée autour d'une introduction générale et de cinq chapitres théoriques qui s'intéressent tous à l'économie du phosphore ou des ressources épuisables. Le premier considère un modèle à deux périodes où un pays extracteur et un pays recycleur se concurrencent en quantités. Nous supposons que le phosphore extrait et le phosphore recyclé sont des substituts stratégiques. Nous montrons que l'effet du recyclage sur les quantités extraites par le monopole est très sensible au niveau des réserves qui sont détenues par ce dernier. Le deuxième chapitre est une extension en temps continu du premier à horizon infini. Il analyse l'effet du recyclage du phosphore sur l'extraction du monopole et sur la dynamique du prix de la ressource. Nous utilisons un modèle de contrôle optimal et montrons que le prix de la ressource n'augmente toujours pas au fil du temps. Le troisième chapitre considère que l'extraction et le recyclage peuvent être soit des substituts stratégiques, soit des compléments stratégiques. Il considère un modèle à deux périodes et montre que l'effet du recyclage sur la recette marginale de deuxième période du monopole et sur ses quantités extraites dépend de si les quantités extraites et recyclées sont des substituts ou des compléments stratégiques. Le quatrième chapitre montre que le détenteur de la ressource arbitre entre accepter l'entrée du secteur de recyclage et l'empêcher. La dernière stratégie prend deux formes: soit l'extracteur dissuade l'entrée, soit il la bloque. Nous utilisons un modèle à deux périodes et montrons que la stratégie adoptée par le détenteur de la ressource dépend de la taille des coûts fixes du recycleur et du niveau de rareté de la ressource. Le cinquième chapitre s'intéresse aux problèmes d'épuisement du phosphore et de la pollution aquatique. Nous considérons une firme qui extrait et recycle le phosphore. Nous analysons le rôle de la combinaison d'une taxe et d'une subvention. Nous montrons que la combinaison de ces deux instruments permet de réduire la pollution et de prolonger la durée de vie du phosphore. / The theoretical literature that deals with phosphorus considers the market of the resource as being perfectly competitive, whereas the reality of this market suggests otherwise. Indeed, several interactions occur in this market. The main aim of this thesis is to rethink this market in an imperfectly framework. More specifically, we analyze the effect of recycling on the extraction of an exhaustible resource, on the dynamic of the resource price, on its date of depletion and on the reduction of water pollution. This thesis consists in a general introduction and five theoretical chapters all dealing with the economics of phosphorus or of exhaustible resources. Chapter 1 considers a two-period model where an extractor and a recycler compete with quantities. We assume that extracted and recycled phosphorus are strategic substitutes. We show that the effect of recycling on the extracted quantities strongly depends on the level of the stock of phosphorus. Chapter 2 extends the previous chapter in a continuous time framework over an infinite horizon. It investigates the effect of phosphorus recycling on the monopolist's extraction and on the dynamic of its price. We postulate an optimal control model and show that the price of the resource does not necessarily increase through time. Chapter 3 considers that extraction and recycling can be either strategic substitutes or strategic complements. In a two-period model, we show that the effect of recycling on the monopolist's second-period marginal revenue and on its extracted quantities depends on whether extracted and recycled products are strategic substitutes or strategic complements. Chapter 4 considers that the extracting sector chooses between accommodating or preventing the recycler's entry. The entry prevention can take two forms: either deterring or blockading. In a two-period model, we show that the strategy of the extractor depends on the level of the fixed costs incurred by the recycler and on whether the resource is scarce or not. Chapter 5 addresses the problems of phosphorus exhaustion and water pollution. We consider one firm that extracts and recycles phosphorus. We investigate the influence of a tax-subsidy scheme. We show that a combination of these two instruments enables to reduce water pollution and to prolong the lifetime of phosphorus.

Dans un contexte de carence méthodologique, cette thèse vise à apporter un nouveau souffle aux modèles de choix de localisation jusqu’ici incapables d’appréhender de manière réaliste la complexité des processus décisionnels des établissements tels que leurs choix de localisation optimale. Les modèles de choix de localisation utilisent des données géoréférencées, pour lesquelles les ensembles de choix ont une composante spatiale explicite. Il est donc essentiel de comprendre comment représenter l’aspect spatial dans les modèles de choix de localisation. La décision finale d’un établissement semble être liée au paysage économique environnant. La quantification du lien entre les observations voisines implique une prise de décision sur la spécification de la matrice spatiale. Pourtant, la grande majorité des chercheurs appliquent la métrique euclidienne sans considérer des hypothèses sous-jacentes et ses alternatives. Cette démarche a été initialement proposée en raison de données et de puissance informatique limitées plutôt que de son universalité. Dans les régions comme la région parisienne, oû la congestion ainsi que les problèmes de barrières physiques non traversables apparaissent clairement, les distances purement basées sur la topographie peuvent ne pas être les plus appropriées pour l’étude de la localisation intra-urbaine. Il est possible d’acquérir des connaissances en reconsidérant et en mesurant la distance en fonction du problème analysé. Plutôt que d’enfermer les chercheurs dans une structure restrictive de la matrice de pondération, cette thèse propose une approche souple pour identifier la métrique de distance la plus susceptible de prendre en compte correctement les marchés voisins selon le secteur considéré. En plus de la distance euclidienne standard, six autres mesures sont testées : les temps de déplacement en voiture (pour les périodes de pointe et hors pointe) et en transport en commun, ainsi que les distances de réseau correspondantes.Par ailleurs, les décisions d’un établissement particulier sont interdépendantes des choix d’autres acteurs, ce qui rend les choix de localisation particulièrement intéressants et difficiles à analyser. Ces problèmes épineux posés par l’interdépendance des décisions ne peuvent généralement être négligés sans altérer l’authenticité du modèle de décision d’établissement. Les approches classiques de la sélection de localisation échouent en ne fournissant qu’un ensemble d’étapes systématiques pour la résolution de problèmes sans tenir compte des interactions stratégiques entre les établissements sur le marché. L’un des objectifs de la présente thèse est d’explorer comment adapter correctement les modèles de choix de localisation pour étudier les choix discrets d’établissement lorsqu’ils sont interdépendants.En outre, une entreprise peut ouvrir un certain nombre d’unités et servir le marché à partir de plusieurs localisations. Encore une fois, la théorie et les méthodes traditionnelles peuvent ne pas convenir aux situations dans lesquelles les établissements individuels, au lieu de se situer indépendamment les uns des autres, forment une grande organisation, telle qu’une chaîne confrontée à une concurrence féroce d’autres chaînes. Le modèle prend en compte non seulement les interactions intra-chaînes mais aussi inter-chaînes. Aussi, la nécessité d’indiquer une nette différence entre la population de jour et de nuit a été soulignée. La demande est représentée par les flux de piétons et de voitures, la foule de clients potentiels passant par les centres commerciaux, les stations de trains et de métros, les aéroports et les sites touristiques. L’Enquête Globale Transport 2010 (EGT 2010), entre autres, est utile pour atteindre cet objectif. / This thesis is breathing new life into the location choice models of establishments. The need for methodological advances in order to more realistically model the complexity of establishment decision-making processes, such as their optimal location choices, is the key motivation of this thesis. First, location choice models use geo-referenced data, for which choice sets have an explicit spatial component. It is thus critical to understand how to represent spatial aspect in location choice models. The final decision of an establishment seems to be related to the surrounding economic landscape. When accounting for the linkage between neighboring observations, the decision on the spatial weight matrix specification must be made. Yet, researchers overwhelmingly apply the Euclidean metric without realizing its underlying assumptions and its alternatives. This representation has been originally proposed due to scarce data and low computing power, rather than because of its universality. In areas, such as the Paris region, where high congestion or uncrossable physical barriers problems clearly arise, distances purely based on topography may not be the most appropriate for the study of intra-urban location. There are insights to be gained by mindfully reconsidering and measuring distance depending on a problem being analyzed. Rather than locking researchers into a restrictive structure of the weight matrix, this thesis proposes a flexible approach to intimate which distance metric is more likely to correctly account for the nearby markets depending on the sector considered. In addition to the standard Euclidean distance, six alternative metrics are tested: travel times by car (for the peak and off-peak periods) and by public transit, and the corresponding network distances. Second, what makes these location choices particularly interesting and challenging to analyze is that decisions of a particular establishment are interrelated with choices of other players.These thorny problems posed by the interdependence of decisions generally cannot be assumed away, without altering the authenticity of the model of establishment decision making. The conventional approaches to location selection fail by providing only a set of systematic steps for problem-solving without considering strategic interactions between the establishments in the market. One of the goals of the present thesis is to explore how to correctly adapt location choice models to study establishment discrete choices when they are interrelated.Finally, a firm can open a number of units and serve the market from multiple locations. Once again, traditional theory and methods may not be suitable to situations wherein individual establishments, instead of locating independently from each other, form a large orgnization, such as a chain facing a fierce competition from other chains. There is a necessity to incorporate interactions between units within the same and competing firms. In addition, the need to state a clear difference between the daytime and nighttime population has been emphasized. Demand is represented by pedestrian and car flows, the crowd of potential clients passing through the commercial centers, train and subways stations, airports, and highly touristic sites. The Global Survey of Transport (EGT 2010), among others, is of service to reach this objective. More realistically designed location choice models accounting for spatial spillovers, strategic interaction, and with a more appropriate definition of distance and demand can become a powerful and flexible tool to assist in finding a befitting site. An appropriately chosen location in turn can make an implicative difference for the newly-created business. The contents of this thesis provide some useful recommendations for transport analysts, city planners, plan developers, business owners, and shopping center investors.

Les politiques françaises de redistribution locale sont relativement méconnues et ne font pas l'objet de beaucoup de travaux. Elles représentent pourtant un enjeu important. Elles regroupent une multitude de prestations sociales qui s'adaptent aux configurations familiales et territoriales. Elles sont un outil flexible, largement utilisé par les collectivités locales et peuvent avoir des effets non négligeables notamment sur les ménages en situation précaire.Le caractère décentralisé des politiques de redistribution locale fait émerger deux problématiques correspondant aux deux aspects étudiés dans cette thèse. D'une part, nous interrogeons les choix politiques qui guident l'offre de transferts sociaux locaux. Nous inscrivons notre réflexion dans le cadre des théories sur les interactions stratégiques, qui avancent que les élus locaux adoptent des comportements stratégiques basés sur la comparaison et prennent leurs décisions en fonction des collectivités voisines. Partant du constat que de nombreux travaux, dans plusieurs pays font état de la présence d'interactions stratégiques dans la fixation des taux d'imposition, nous nous concentrons sur l'aspect dépenses sociales. Nous montrons leur présence dans des choix de transferts sociaux au niveau local. Nous observons en effet des phénomènes de mimétisme. Notre analyse montre également que, entre les deux origines de ce mécanisme souvent avancées, la comparaison politique et la mobilité, la seconde joue un rôle significatif. Les collectivités locales tendent à augmenter leur niveau de générosité avec la faible mobilité des individus.En second lieu, cette thèse s'intéresse aux conséquences de la décentralisation des transferts sociaux locaux sur la demande des différents types de ménages en faveur de redistribution. Nous étudions les choix des ménages en termes de mobilité résidentielle et de localisation en fonction de l'offre de biens et services publics locaux. Nous questionnons ainsi les phénomènes de sélection adverse liés aux choix politiques locaux. Les résultats mettent l'accent sur le fait que les ménages défavorisés sont peu mobiles et connaissent plus de trajectoires résidentielles descendantes. Nous montrons également que la générosité des villes joue un rôle significatif dans la localisation des ménages. / French policies of redistribution set at the local level are little known and have not been the topic of many works. Yet they represent a major challenge. They include a multitude of benefits that fit family configurations in different territories. They are a flexible tool, widely used by local governments and which may have a significant impact on poor households.The decentralized nature of local redistribution policies naturally raises two main questions corresponding to the two aspects studied in this thesis. First, we question the political choices that guide the provision of local social transfers. We base our analysis on the literature about strategic interactions which suggests that local policy-makers adopt strategic behavior relying on the comparison of surrounding governments. Numerous studies in many countries have reported the presence of strategic interactions in the setting of local tax rates. Those focusing on the spending side are less frequent. We show that strategic interactions also exist when deciding the level of social transfers at the local level. One can observe mimicry mecanisms. Our work shows that, between the two origins of this phenomenon that are usually put forward, yardstick comparison and mobility, the second plays a significant role. Local authorities tend to increase their level of generosity when the mobility levels of individuals are low.Second, the other consequence of the decentralization of local social transfers is related to the different types of households' demand for redistribution. We study the choices of households in terms of residential mobility and location associated with the supply of local public goods and services. We question the adverse selection phenomena related to local political choices. The results emphasize the fact that poor households are less mobile and experience more downward residential trajectories. We also show that the generosity of cities plays a significant role in the location of the households.

A system of systems (SoS) framework is proposed for policy design that takes into account the value systems of multiple participants, harnesses the complexity of strategic interactions among participants, and confronts the risks and uncertainties present in participants’ decision making. SoS thinking provides an integrative and adaptive mindset, which is needed to tackle policy challenges characterized by conflict, complexity, and uncertainty. With the aim of putting SoS thinking into practice, operational methods and tools are presented herein. Specifically, SoS engineering methodologies to create value system models, agent-based models of competitive and cooperative behaviour under conflict, and risk management models are developed and integrated into the framework. The proposed structure, methods and tools can be utilized to organize policy design discourse. Communication among participants involved in the policy discussion is structured around SoS models, which are used to integrate multiple perspectives of a system and to test the effectiveness of policies in achieving desirable outcomes under varying conditions. In order to demonstrate the proposed methods and tools that have been developed to enliven policy design discourse, a theoretical common-pool resources dilemma is utilized. The generic application illustrates the methodology of constructing ordinal preferences from values. Also, it is used to validate the agent-based modeling and simulation platform as a tool to investigate strategic interactions among participants and harness the potential to influence and enable participants to achieve desirable outcomes. A real-world common pool resources dilemma in the provisioning and security considerations of the Straits of Malacca and Singapore is examined and employed as a case study for applying strategic conflict models in risk management. Overall, this thesis advances the theory and application of SoS engineering and focuses on understanding value systems, handling complexity in terms of conflict dynamics, and finally, enhancing risk management.

A system of systems (SoS) framework is proposed for policy design that takes into account the value systems of multiple participants, harnesses the complexity of strategic interactions among participants, and confronts the risks and uncertainties present in participants’ decision making. SoS thinking provides an integrative and adaptive mindset, which is needed to tackle policy challenges characterized by conflict, complexity, and uncertainty. With the aim of putting SoS thinking into practice, operational methods and tools are presented herein. Specifically, SoS engineering methodologies to create value system models, agent-based models of competitive and cooperative behaviour under conflict, and risk management models are developed and integrated into the framework. The proposed structure, methods and tools can be utilized to organize policy design discourse. Communication among participants involved in the policy discussion is structured around SoS models, which are used to integrate multiple perspectives of a system and to test the effectiveness of policies in achieving desirable outcomes under varying conditions. In order to demonstrate the proposed methods and tools that have been developed to enliven policy design discourse, a theoretical common-pool resources dilemma is utilized. The generic application illustrates the methodology of constructing ordinal preferences from values. Also, it is used to validate the agent-based modeling and simulation platform as a tool to investigate strategic interactions among participants and harness the potential to influence and enable participants to achieve desirable outcomes. A real-world common pool resources dilemma in the provisioning and security considerations of the Straits of Malacca and Singapore is examined and employed as a case study for applying strategic conflict models in risk management. Overall, this thesis advances the theory and application of SoS engineering and focuses on understanding value systems, handling complexity in terms of conflict dynamics, and finally, enhancing risk management.