La thèse revisite les débats sur les conséquences socioéconomiques et le choix des modalités d'une fiscalité carbone. Un diagnostic est d'abord tiré de l'examen d'un échec français (la taxe carbone de N. Sarkozy, 2009-2010). Il distingue les problèmes d'acceptabilité politique, des limites de l'analyse économique pour définir les dispositifs. Il souligne l'importance de la discussion sur l'usage des recettes de la taxe, car ce point cristallise les difficultés politiques et conditionne la cohérence économique et juridique du projet au regard des objectifs recherchés (environnement, équité, compétitivité). Il montre que les outils d'analyse peuvent être améliorés pour accompagner cette discussion. Un outil de simulation numérique est ensuite proposé et construit. Il permet de comparer les performances de dispositifs sur divers indicateurs (émissions de CO2, activité, emploi, inégalités, pauvreté, endettement), de décrire plusieurs points de vue sur le fonctionnement de l'économie (actuelle et future), et de lier dans une démarche prospective le dossier climatique aux autres dossiers de réforme des prélèvements obligatoires (maîtrise des déficits, financement des retraites). L'outil est enfin utilisé pour revisiter les controverses, clarifier les arbitrages et identifier les meilleures pistes de compromis. Il apparaît qu'une fiscalité carbone peut offrir des co-bénéfices socioéconomiques (pour l'activité et l'emploi, la réduction des inégalités, la maîtrise des déficits). Mais cela n'est pas automatique, des choix politiques sensibles doivent être faits ; ces dernier portent, au-delà du seul dossier 'climat', sur la gestion d'une réforme générale des finances publiques.