La nécessité d’une action mondiale pour limiter les émissions de gaz à effet de serre est reconnue par la majorité des pays, mais l’incapacité du régime climatique international à fournir une régulation globale des rejets de GES dans l’atmosphère a conduit à l’échec de l’approche top-down. Cet impossible consensus a conduit à un point de rupture dans la structure du régime climatique mondial dont témoignent notamment le développement, avant l’Accord de Paris d’une approche bottom-up, fondée sur une gouvernance climatique polycentrique et multiniveaux. C’est dans ce contexte qu’émergent et se développent, à différentes échelles administratives, les dix-neuf systèmes de permis d’émissions négociables aujourd’hui en fonctionnement dans le monde. De fait, aucune homogénéité n’est recherchée dans la conception de ces mécanismes de réglementation. Les choix structurels sont dépendants des caractéristiques et contraintes politiques et économiques de la zone géographique à laquelle ils appartiennent. Les configurations et les effets de l’élargissement des systèmes de permis négociables sont encore débattus et cette thèse apporte des recommandations sur la manière dont ces extensions et connexions pourraient avoir lieu. A partir d’analyses de la littérature empirique et de simulations à l’aide d’un modèle d’équilibre partiel pour le secteur énergétique (modèle POLES), nous préconisons la mise en place de mécanismes de cloisonnement sectoriel et de restrictions aux échanges de permis. En effet, dans un contexte caractérisé par des constructions hétérogènes de systèmes de permis d’émissions négociables, une diffusion non-universelle de ces marchés et une inclusion non-intégrale de tous les secteurs de l’économie, nous concluons que deux types d’ajustements sont essentiels. Premièrement, nous démontrons la nécessité d’une configuration et d’un cloisonnement sectoriel des marchés, cela afin d’impulser une dynamique d’innovations, de limiter les impacts sur la compétitivité internationale et de rendre conforme le système aux exigences des politiques connexes. Deuxièmement, nous justifions l’intérêt des mécanismes de restriction aux échanges internationaux de permis d’émissions négociables ; ils permettent en particulier une meilleure redistribution des gains liés à l’échange, tout en réduisant le coût total de la politique climatique et les quantités de GES émis par rapport à une pure segmentation des marchés. Finalement, l’existence de plusieurs prix du carbone apparait incontournable dans le contexte actuel d’une gouvernance climatique mondiale hétérogène et d’une multiplicité d’objectifs politiques nationaux. Encourager le développement de prix différents par secteur et par pays permettrait, sous certaines conditions, de favoriser l’acceptabilité politique, de renforcer l’efficacité environnementale et d’améliorer l’efficience économique des systèmes de permis d’émission.