Dans le contexte de la transition écologique et énergétique, la bioéconomie circulaire (BEC) émerge comme une solution pour réduire la dépendance aux ressources fossiles en exploitant davantage les déchets organiques. Cette thèse se concentre sur les aspects organisationnels de la BEC, en examinant comment construire des systèmes productifs pour valoriser en cascade les déchets organiques issus de l'agriculture et de l'agro-industrie. Nous développons un cadre conceptuel basé sur l'École de la Proximité pour analyser les relations entre les caractéristiques territoriales, les stratégies des acteurs de la BEC et l'organisation de la valorisation des déchets organiques. Deux hypothèses interdépendantes sont formulées : (i) l'émergence de filières de valorisation en cascade des déchets dépend des proximités territoriales, (ii) l'introduction de nouvelles valorisations modifie les trajectoires de développement local. Ces hypothèses sont étudiées grâce à une approche méthodologique combinant une étude de cas sur la valorisation des co-produits de la production de jus de grenade dans le sud de la France, ainsi qu'un modèle multi-agent simulant des scénarios d'émergence de filières territorialisées de la BEC. Ce faisant, cette thèse propose une vision des organisations productives pouvant émerger dans le cadre de la BEC, ainsi que les conditions territoriales favorables à leur apparition. Nous pointons notamment des situations « à risque » capables de freiner la mise en œuvre de valorisations en cascade des gisements. Par ailleurs, nous avançons que si la BEC présente des opportunités pour le développement local, ses vertus ne sont pas intrinsèques, elle peut aussi se traduire par une destruction de ressources locales. Cette thèse cherche à offrir une meilleure compréhension des dynamiques organisationnelles dans le développement de la BEC et peut éclairer les acteurs du développement local sur les leviers d'une transition vers des systèmes productifs plus durables.