Cette thèse propose des apports méthodologiques, techniques et macroéconomiques sur la transition énergétique pour atténuer les changements climatiques. La première partie apporte un éclairage théorique sur modèles empiriques du système énergie-économie-environnement. Ces modèles présentent des incertitudes autour des valeurs de paramètres, des mécanismes structurels et de la pertinence des échelles du modèle. L'étude du rôle de l'analyse prospective et de ses outils montre un traitement insuffisant de l'incertitude structurelle contenue dans les modèles. Par conséquent, nous étudions en profondeur les outils appliqués d'analyse prospective pour révéler la vision prospective qu'ils incarnent à travers trois axes: les interdépendances qu'ils incorporent, les mécanismes de transformation et la représentation de la transition. Tout d'abord, les interdépendances qu'ils comprennent se manifestent en termes de schémas comptables, boucle de rétroaction entre énergie et croissance économique, et la représentation de la valeur ajoutée et des niveaux d'activité par rapport aux technologies. Puis, les forces de transformation sont discutées: le moteur de la croissance économique ainsi que la source de l'évolution des tendances de la demande et le progrès technique. Enfin, nous commentons la manière habituelle dont la transition est représentée, c'est-à-dire comme une trajectoire à l'équilibre pour la dynamique technologique, les choix économiques ainsi que la représentation des marchés. Nous concluons que cette spécification de la transition est inhérente à la fonction de production traditionnelle pour représenter les choix à la fois techniques et économiques. Cela entraîne une discussion sur le statut de l'équilibre macro-économique dans l'outil Imaclim, qui est un modèle walrasien d'équilibre général avec une transition en déséquilibre. Suite à cette analyse méthodologique, nous donnons des exemples de travaux empiriques menés avec le modèle Imaclim-R. Premièrement, nous examinons à l'échelle mondiale l'inclusion de technologies dans le modèle Imaclim-R Monde pour évaluer le potentiel, les limites et l'impact sur le calendrier de l'action des options pour la bioénergie et des politiques d'efficacité énergétique. Nous expliquons techniquement comment les technologies de la bioénergie sont inclus dans le modèle pour faire la lumière sur la complémentarité entre bioénergie et CCS et évaluer les impacts macroéconomiques temporels de l'atténuation du changement climatique. En outre, nous analysons la représentation de l'efficacité énergétique avec une analyse détaillée des mécanismes par lesquels elle influe sur la croissance et interagit avec le calendrier de l'atténuation climatique. Nous présentons ensuite le rôle du modèle Imaclim-R France pour impliquer les parties prenantes autour de la création de scénarios participatifs. Ensuite, nous discutons des impacts technologiques et macroéconomiques de ces scénarios. En particulier, nous examinons les conséquences pour les besoins d'investissement et de montrer que la taxe carbone peut être réduite avec un signal politique fort / This dissertation discusses methodological, technical and macroeconomic insights on the energy transition for climate mitigation. The first part deals with the theoretical analysis of empirical models of the energy-economy-environment system. Model present uncertainties in terms of parameter values, structural mechanisms and the pertinence of the model scales. The study of the role of forward-looking analysis and its tools show an insufficient treatment of the structural uncertainty contained within the models. Therefore, we study in depth the applied tools of forward-looking analysis to elicit the forward-looking vision they embody through three axes. the interdependences they include, the transformation mechanisms and the transition representation. First, the interdependences they include manifest in terms of accounting schemes, feedback loop between energy and economic growth, value added, and the representation of activity levels in relation to technologies. Then, the transformation drivers are discussed: the economic growth engine as well as the source of the evolution of demand patterns and technical progress. Finally, we comment on the widely spread way of the representation the transition as a pathway in equilibrium for the technology dynamics, the economic choices as well as the markets representation. We conclude that this specification of the transition is inherent to traditional production function to represent both technical and economic choices. This brings about a discussion on the status of the macroeconomic equilibrium in the Imaclim tool, which is Walrasian CGE model with a transition in disequilibrium. The second part regroups empirical studies of the macroeconomic impacts of climate change mitigation. First, we examine at the global level the inclusion of technologies in the Imaclim-R World model to assess the potential, limitations and the impact on the timing of action of bioenergy options and energy efficiency policies. We explain technically how bioenergy technologies are included within the model to shed light on the complementarity of bioenergy and CCS and assess their impact of the temporal macroeconomic impacts of climate mitigation. Also, we present the representation of energy efficiency with a detailed analysis of the mechanisms through which it impacts growth and assess the interplay with the timing of climate mitigation. Second, we present a study to design energy transition scenarios at the French level with stakeholder involvement and discuss the macroeconomic impacts, in particular on investment. We present the role of the Imaclim-R France model to involve stakeholders around participative scenario creation. Then, we discuss the technological and macroeconomic impacts of these scenarios. In particular, we examine the consequences for investment needs and show that the carbon tax can be reduced with a strong political signal