Parmi les problèmes environnementaux globaux, la question du changement climatique occupe une place centrale. Selon une grande majorité de scientifiques, ce problème trouve son origine dans l'accumulation des gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère et liée aux activités humaines. Dans un contexte international de libéralisation des échanges, notre analyse met l'accent sur les conséquences des interdépendances entre les agents économiques que sont les Etats et de leurs comportements stratégiques – à travers la mise en œuvre de leur politique environnementale nationale – sur le milieu naturel. A partir d'une approche délibérément conventionnelle, le fait de considérer le caractère complémentaire des interactions entre les pays modifie par de nombreux aspects les résultats établis dans la littérature. Cette thèse se décompose en quatre chapitres. Notre analyse met ainsi en perspective l'impact de la nature des interdépendances entre les pays i) sur l'existence et les propriétés des solutions d'équilibre – d'abord en l'absence de coopération puis d'un point de vue globalement optimal –, ii) sur la séquence des décisions des pays, à savoir les circonstances dans lesquelles un pays leader émerge de manière endogène dans la mise en œuvre de sa politique environnementale nationale, iii) sur la profitabilité et la stabilité d'un accord international environnemental (AIE), et iv) sur le niveau de participation des pays à un AIE ainsi que sur l'impact environnemental de cette coopération. L'originalité de ce travail repose en outre sur le recours aux théorèmes de la classe des jeux supermodulaires.