Cette thèse de doctorat porte sur les complémentarités culture-élevage permises par les légumineuses, dans la région de l'Ouest de la France. Une évaluation économique et environnementale de ces complémentarités est réalisée depuis l’échelle de l’exploitation agricole jusqu’à celle de la région. Le principal apport de cette thèse est l’élaboration d’un modèle bioéconomique SYNERGY qui modélise les échanges locaux de cultures (dont les légumineuses) et d’effluents entre des exploitations de grandes cultures et des exploitations d'élevage. Ce modèle prend en compte l’effet précédent des légumineuses et comprend des rations alternatives avec ces cultures riches en protéines. Les principaux résultats de simulation montrent que les aides couplées aux légumineuses accroissent leur production mais n’engendrent pas une meilleure valorisation des complémentarités techniques. Un moyen d’accroître l'utilisation de légumineuses en alimentation animale est de labelliser les produits animaux sans OGM. Cependant, les échanges locaux simulés restant faibles, les légumineuses sont en grande partie importées de l’extérieur de la région. Ainsi, les résultats économiques et environnementaux ne sont pas améliorés à l’échelle régionale et l'autonomie en protéines diminue. Enfin, à l’échelle des filières, nous montrons que les échanges de légumineuses engendrent des coûts de transaction élevés, peu réduits par les contrats existants. Le développement de marchés valorisant les ressources locales pourrait encourager la culture de légumineuses.