Face a une preoccupation environnementale croissante, les pays du monde accentuent leurs efforts pour reduire leur dependance aux ressources fossiles, sources majeures d'emissions de gaz a effet de serre, en les remplacant par des energies propres, dont la bioenergie. Dans le contexte induit par l'Accord de Paris et les objectifs d'attenuation du changement climatique, la bioenergie connait une attention croissante dans le monde comme moyen de decarbonation de notre societe. Ce travail de these se concentre sur les perspectives de developpement de la bioenergie en s'attachant a analyser l'evolution de la production de bioenergie au regard des politiques d'incitation, des echanges de ressources biomasses et leur utilisation soutenable a long terme dans un contexte de decarbonation des societes. Dans ce contexte d'analyse, ce travail porte egalement sur une meilleure implementation de la bioenergie dans notre modele d'optimisation du systeme energetique mondial, TIAM-FR. Ce manuscrit est structure en quatre chapitres. Le premier chapitre presente le positionnement actuel de la bioenergie, les strategies mises en oeuvre pour son developpement et la maniere dont cela s'integre dans notre approche de modelisation. Le deuxieme chapitre est consacre a la presentation du developpement apporte a la filiere de bioenergie dans le modele TIAM-FR. Le troisieme chapitre montre notre travail par rapport a l'evaluation du potentiel de la biomasse. Enfin, le dernier chapitre analyse le role futur de la bioenergie dans un contexte de lutte contre le rechauffement climatique, a l'echelle mondiale et par un focus realise sur quatre pays asiatiques, la Chine, l'Inde, le Japon et la Coree du Sud. (auteur)