Face aux enjeux écologiques actuels, l'écologie industrielle est présentée comme l'un des champs de réflexion et d'action les plus ambitieux. L'idée sous-jacente est de faire évoluer le système industriel sous la forme de symbioses comme le fait la nature, par la mise en place de débouchés pour les flux de déchets, d'eau ou d'énergie d'une entreprise vers d'autres firmes. Toutefois, au sein du corpus de l'écologie industrielle, bien peu d'études empiriques évoquent les raisons qui peuvent motiver les entreprises à s'engager dans de telles pratiques, les avantages économiques, environnementaux et sociaux concrets dégagés, et les contraintes associées aux échanges. L'objectif principal de la thèse est d'analyser cette perspective interne de l'écologie industrielle à partir d'une étude du cas de l'agglomération dunkerquoise. Il s'agit de comprendre les raisons pour lesquelles les entreprises ont mis en place des synergies de substitution, d'évaluer les bénéfices obtenus ainsi que les contraintes associées à l'échange. Nous avons mené des entretiens semi-directifs auprès de dix-sept grandes entreprises appartenant à divers secteurs d'activités tels que la sidérurgie, l'énergie, la cimenterie, la chimie etc. Notre thèse montre que les entreprises s'engagent dans des démarches d'écologie industrielle en raison des pressions externes (notamment de la réglementation) et internes (coûts, problématiques internes) et que l'engagement n'est effectif que si des avantages économiques et environnementaux se dessinent. En outre, la réussite de la collaboration repose sur une bonne articulation des dispositifs formels et informels que les partenaires vont mettre en place. / In front of current ecological stakes the industrial ecology is presented as one of the most ambitious fields of reflection and action. The underlying idea is to develop the industrial system under the shape of symbioses as the fact the nature, by the implementation of outlets for the flows of waste, water or energy of a company towards other films. However, within the corpus of the industrial ecology, indeed few empirical studies evoke the reasons which can motivate companies to make a commitment in such practices, the economic, environmental and social concrete clear advantages, and the constraints were associated with the exchanges. The main objective of the thesis is to analyze this internal prospect of the industrial ecology from a study of the case of the urban area of Dunkirk. It is a question of understanding the reasons for which companies set upt substitution synergies, to estimate profits obtained as well as constraints associated with the exchange. We led semi-directive conversations with seventeen large companies belonging to diverse business sectors such as the steel industry, the energy, the cement work, the chemestry, etc... Our thesis shows that companies make a commitment in steps of industrial ecology because of the external pressures (in particular of the regulations) and intern (costs, internal problems) and that the commitment is actual only if economic and environmental advantages take shape. Besides, the success of the collaboration rests on a good joint of the formal and informal devices which the partners are going to set up.

L’écologie industrielle a pour objectif de résoudre les questions liées à l'utilisation des ressources technologiques dans les sociétés, dans le but d'ajouter à la partie des connaissances nécessaires pour commencer à évaluer les problèmes de qualité liés à l'environnement et les questions de disponibilité des ressources. Le concept d’écologie industrielle peut être réalisé et pratiqué à travers d’établissement des parcs éco-industriels. Un parc éco-industriel est une communauté de fabrication et de service des entreprises situées ensemble sur une propriété commune. Les membres cherchent la performance environnementale, économique et sociale accrue grâce à la collaboration dans la gestion des questions environnementales et de ressource. L’objectif principal de la thèse est de créer des modèles mathématiques d’optimisation pour maximiser des flux des échanges dans un parc éco-industriel et pour réduire les impacts négatifs des industries sur l’environnement. Les sept parcs éco-industriels symboliques et emblématiques dans le monde ont été étudiés durant la thèse pour obtenir une vision pratique de la problématique et pour acquérir les informations du développement des éco-parcs de la réalité. Les dix outils informatiques et les modèles d’optimisation pour les parcs éco-industriels ont été étudiés. Trois modélisations d’optimisation sont proposées avec les simulations numériques effectuées. / Industrial ecology aims to resolve issues related to the use of technological resources in societies in order to add to the party the knowledge to begin to assess quality issues related to the environment and resource availability issues. The concept of industrial ecology can be realized and practiced through the establishment of eco-industrial parks. An eco-industrial park is a manufacturing community and service businesses located together on a common property. Members seek environmental performance, increased economic and social through collaboration in managing environmental and resource. The main aim of this thesis is to create mathematical optimization models to maximize trade flows in an eco-industrial park and to reduce the negative impacts of industry on the environment. The seven symbolic eco-industrial parks have been studied in this thesis in order to get a practical view of the issues and to acquire information from the development of eco-parks in reality. The numerical tools and optimization models for eco-industrial parks were studied. Three optimization models have been proposed with numerical simulations in this thesis.

L'usage efficient de matières résiduaires devient essentiel lorsque les ressources se raréfient. Afin de répondre à cette problématique par une approche industrielle, des stratégies à adopter sont plus efficientes lorsqu'elles sont développées à des échelles systémiques, notamment par des symbioses industrielles territoriales (SIT), plutôt qu'à un niveau individuel ou isolé. Un projet de SIT invite ainsi différentes activités économiques présentes sur un territoire à s'engager de manière collective afin de modifier structurellement le métabolisme territorial. Ce type de projet peut être impulsé par des organisations ou individus légitimés par le réseau d'acteurs de la SIT en devenir. Une équipe facilitatrice peut initier la démarche en se basant sur la formulation d'une promesse plausible de bénéfices, progressivement adaptée avec la participation des acteurs qui concourent à la conception, puis l'implémentation des scénarios, dépendamment de leurs "modèles de décision", lesquels incluent entre autres des dimensions environnementales. Alors que l'évaluation environnementale de produits a fait l'objet d'intenses efforts de développements, la considération concrète de conséquences environnementales de projets de SIT reste très vaguement explorée et l'Analyse du cycle de vie (ACV) est présentée comme une méthode de choix pour l'évaluation environnementale de SIT. L'ACV n'intègre cependant ni le caractère subjectif de l'environnement pour appréhender le modèle de décision des acteurs, ni les changements structurels industriels pluriannuels induits par une SIT et leur effets sur l'environnement dans le temps. Partant de ces constats, et nous basant sur des recherches en sciences sociales, nous proposons une approche de conception anthropocentrée de l'environnement invitant à conceptualiser l'environnement comme un système de relations complexes sujet-objet, et pour lequel nous identifions des éléments clés de représentation de conséquences environnementales. L'identification de ces éléments clés nous a permis de constituer une base logique composée de trois environnements, permettant donc de couvrir la perception de --et donc de considérer conséquences sur-- l'environnement du point de vue des acteurs. Nous présentons une méthode participative qui intègre cette base logique et permet successivement 1) d'identifier les phénomènes environnementaux d'intérêt du projet de SIT, 2) de concevoir des indicateurs afférents au regard des connaissances relatives au territoire dans sa dimension biophysique et des mécanismes biophysiques mis en jeux, 3) d'estimer les conséquences environnementales du projet. Nous illustrons l'application de ces propositions méthodologiques pour un projet de gestion territorialisée de résidus organiques valorisés en agriculture à la Réunion. / Efficient use of by-products is essential as natural ressources are increasingly scarce. Industrial strategies to adress this issue are more efficient when they are developed on a system-based level, such as with regional industrial symbioses,rather then with individual or isolated approaches.Regional industrial symbiosis projects involve different industrial activities based on a territory and that are to be engaged collectively in order to make structural changes within the regional metabolism. This kind of project might be promoted by individuals or organisations legitimated by the whole of industrial symbiosis'actors. A facilitator group initiates the project, catalysing changes, based on a plausible promise of benefits. Those considered changes are gradually adapted and refined by the involved actors. In such a way, plausible benefits must match to their model of choice that comprises environmental, among others, dimensions.While methods and tools dedicated to environmental assessment of product were developped under strong research effort, the issue of environmental assessment fo regional industrial symbioses so far as has been weakly studied. For that purpose Life-cycle assessment (LCA) is presented as an ultimate environmental assessment method. However, LCA was not elaborated in oder to account for individual environmental perspective, nor to address structural system changes induced consequently to the implementation of a regional industrial sysbiosis nore its temporal effects on the environment, but instead LCA addresses global environmental issues related to a product. Starting from this analysis, and dealing with outcomes from social sciences, we propose to adopt an anthropocentric conception of the environment, as a system of complex subject-object relationships, for which we identify key elements of the perception of environemental consequences. Those key elements enable to build a logical basis composed of three environments that enable to cover, and thus to consider, actors' perception of environmental consequences related to the project. We present a participatory method that embeds this logical basis and suggests successively to 1) identify the environmental phenomena of interest related to the project, 2) design corresponding indicators considering concomitantly available data about the biophysical characteristics and scientific knowledge about the impact chains, 3) assess the environmental consequences. We illustrate the method and its epistemological foundations with a case study: a project that aims to recycle organic residues in agriculture in Réunion Island.

L'écologie industrielle comprend un ensemble de pratiques visant à réduire les rejets industriels polluants et se présente aujourd'hui comme une voie possible à la transition du système industriel vers un mode de fonctionnement plus durable, inspiré par des écosystèmes naturels. Sa mise en oeuvre peut aussi être à l'origine de dynamiques d'innovation favorables au développement et à la diversification des territoires, en particulier industriels. L'écologie industrielle est en effet généralement étudiée sous l'angle de son organisation industrielle (organisation des flux d'intrants et de produits, cadre institutionnel et organisation de la coopération entre entreprises) et des impacts environnementaux qu'elle entraîne (économie des matériaux, recyclage, etc.). Nous étudions dans cette thèse son potentiel en termes de développement économique territorial. Pour cela nous construisons un cadre théorique et conceptuel permettant de mettre en avant le rôle de l'écologie industrielle comme un moteur de développement et de diversification des territoires. Nous proposons un nouveau modèle d'analyse s'articulant autour du concept de milieu éco-innovateur. Ce concept, construit en croisant la littérature sur l'écologie industrielle et les théories de l'économie territoriale et de l'innovation, permet d'expliquer les mécanismes par lesquels l'écologie industrielle peut favoriser les dynamiques d'éco-innovation et d'attractivité. Il constitue le socle sur lequel reposent nos hypothèses. Ce modèle d'analyse est appliqué au cas du complexe industrialo-portuaire de Dunkerque, un territoire à forte spécialisation industrielle à la recherche de nouvelles voies de diversification des activités économiques. Nous cherchons à comprendre les atouts de l'écolodie industrielle pour la construction d'un milieu "éco-innovateur", au sein duquel les effets d'agglomération favorisent la génération et l'attractivité d'activités nouvelles contribuant ainsi à une diversification de l'économie territoriale. Pour cela, nous adoptons une méthodologie mixte basée sur l'analyse descriptive de deux bases de données d'entreprises et sur un ensemble d'entretiens semi-directifs auprès de 30 entreprises et institutions. L'étude empirique permet de constater que l'écologie industrielle contribue au développement des caractéristiques d'un milieu éco-innnovateur à Dunkerque. Pour autant, les dynamiques d'apprentissage collectif et d'éco-innovations restent modestes. De plus, une nouvelle dynamique de création d'entreprises s'est développée à Dunkerque depuis 2014. Ces entreprises sont reliées aux entreprises constitutives de la symbiose, soit par le secteur d'activitén soit par des synergies éco-industrielles. Cette dynamique ne concerne toutefois que quelques unités, mais tend à conforter notre schéma d'analyse. La dynamique de diversification fondée sur une variété reliée ici mise en évidence se heurte toutefois à de nombreuses difficultés. Celles-ci sont liées aux aspects opérationnels et organisationnels des synergies mais elles sont aussi spécifiques au territoire (fragilité économique et dépendance de sentier). La contribution de l'écologie industrielle à la diversification des territoires industriels dépend selon nous de la résolution de ces difficultés. Le développement d'activités de service et d'une gouvernance territoriale adaptée peut contribuer à la réduction de ces limites. Nous étudions les caractéristiques du secteur des services et de la gouvernance de la symbiose industrielle de Dunkerque. Nous aboutissons à un ensemble de recommandations qui peuvent être utiles tant aux politiques publiques qu'aux entreprises et institutions, afin de renforcer le milieu éco-innovateur et de favoriser les dynamiques d'innovation qu'il promet. / Industrial ecology includes a set of practices aimed at reducing polluting industrial discharges and stands today as a possible way for the transition of industrial system towards a more sustainable operating mode, inspired by natural ecosystems. Its implementation can also be at the origin of innovation dynamics favorable to the development and diversification of territories, especially industrial ones. Industrial ecology is generally studied from the view of its industrial organization (organization of input and output flows, institutional framework and organization of cooperation between companies) and the environmental impacts it entails (economy of materials, recycling, etc.). In this thesis, we study its potential in terms of territorial economic development. For this purpose, we build a theoretical and conceptual framework to highlight the role of industrial ecology as a driver for development and diversification of territories. We propose a new analytical model based on the concept of eco-innovative milieu. This concept, built by crossing the literature on industrial ecology and theories of territorial economy and innovation, explains the mechanisms by which industrial ecology can promote territorial attractiveness and eco-innovation dynamics. It is the foundation on which our hypotheses are based. This model of analysis is applied to the industrialo-port complex of Dunkirk, a territory with strong industrial specialization in search of new ways of diversification of economic activities. We seek to understand the advantages of industrial ecology for the construction of an "eco-innovative" milieu, in which the effects of agglomeration favor the generation and the attractiveness of new activities thus contributing to a diversification of territorial economy. We adopt a mixed methodology based on the descriptive analysis of two databases of companies and a set of semi-structured interviews with 30 companies and institutions. The empirical study shows that industrial ecology contributes to the development of the characteristics of an eco-innovative milieu in Dunkirk. however, the dynamics of collective learning and eco-innovation specific to eco-innovative milieus remain modest. In addition, a nex dynamic of business creation has developed in Dunkirk since 2014. These new companies are linked to companies in the industrial symbiosis, either by the sector of activity, or by eco-industrial synergies. However, this dynamic only concerns a few units, but tends to validate our analysis. The diversification dynamic based on a related variety highlighted here faces, however, many difficulties. These are related to the operational and organizational aspects of the synergies nut they are also specific to the territory (economic fragility and path dependence). The contribution of industrial ecology to the diversification of industrial territories depends, in our opinion, on the resolution of these difficulties. The development of service activities and adapted territorial governance can contribute to the reduction of these limits. We study the characteristics of the service sector and the governance of the industrial symbiosis in Dunkirk. We end up with a set of recommendations that can be useful for public policies as well as for companies and institutions, in order to strengthen the eco-innovative milieu and foster the innovation dynamics that it promises.