Principales places d’importations et de transformation des énergies d’origine fossile, les espaces portuaires concentrent des défis de mutations industrielles, de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de diversification du bouquet énergétique. En mobilisant les cadres théoriques de l’écologie industrielle et de la complexité, ce travail de de thèse vise à à mieux comprendre et caractériser les processus d’adaptation actuels développés au sein de ces territoires. Appréhendé dans une acception large de son périmètre, le territoire portuaire se révèle être un formidable terrain d’expérimentations de nouvelles pratiques basées sur une plus grande coopération entre acteurs, à la croisée des chemins entre une économie circulaire globale et une écologie industrielle locale. Partant d’un retour d’expériences mené à l’échelle internationale de démarches d’écologie industrielle, ayant permis la mise en évidence de différents modèles territoriaux d’organisation, ce travail de recherche a ensuite comparé l’évolution socio-écologique de trois territoires portuaires européen et asiatiques. Si la dynamique de métropolisation semble apparaître comme une constante dans la plupart de ces grands espaces côtiers, celle-ci contribue aussi à la complexification de la matrice territoriale portuaire. De nouvelles approches d’ordre organisationnel viennent ainsi compléter les évolutions technologiques. Dans une troisième partie, l’étude de l’espace portuaire de Marseille-Fos a ainsi permis de mettre en lumière un phénomène d’interactions fonctionnelles opéré au sein du territoire, au profit de sa transition progressive vers une société à bas-carbone.