Le développement du numérique est mis en avant comme solution aux enjeux économiques et environnementaux de l'agriculture, alors que ses effets font l'objet de controverses. Celles-ci questionnent notamment la capacité de ces technologies à intégrer et influencer les différentes voies d'écologisation de l'agriculture. L'objectif de cette thèse est de montrer comment la digitalisation interagit avec le système d'innovation agricole français, ses paradigmes et les trajectoires d'écologisation de l'agriculture. Pour ce faire, je propose une approche en économie institutionnelle et multi-niveaux des systèmes d'innovation, basée sur un travail empirique important, ainsi qu'une méthodologie associant analyses quantitatives et qualitatives. Une première partie de la thèse se concentre sur l'échelle du système d'innovation agricole. À partir d'entretiens semi-directifs avec des acteurs du secteur (recherche, conseil, syndicats, coopératives…), je montre que les attentes et risques perçus, ainsi que les stratégies de digitalisation, sont différents selon que les acteurs se rattachent à l'agriculture biologique ou conventionnelle. Ces différences sont toutefois peu perçues par les acteurs du numérique, suggérant un risque que les technologies soient développées selon le seul référentiel de l'agriculture conventionnelle. Une deuxième partie se focalise sur les usages du numérique par les agriculteurs dans leurs exploitations. À partir de 98 entretiens avec des agriculteurs en grandes cultures en Occitanie, je construis des profils d'usage pour deux types de technologies numériques : celles pour la production (guidage, modulation etc.) et celles pour l'information et la communication (réseaux sociaux, sites internet etc.). Dans l'ensemble, les usages du numérique dans les exploitations accompagnent plutôt des stratégies d'écologisation faible, ou symbolique, associées à une trajectoire d'industrialisation, caractérisée par la spécialisation, la concentration, le recours croissant au salariat et à la sous-traitance et l'intégration dans les chaînes de valeur agrialimentaires. Les effets sont plus paradoxaux en ce qui concerne la standardisation des pratiques et les dynamiques autour des connaissances dans le secteur, avec des dynamiques nouvelles d'échanges de connaissances entre pairs qui peuvent s'associer à des trajectoires d'écologisation plus fortes. Une troisième partie questionne les interactions entre le système d'innovation et les usages individuels, en se focalisant sur un acteur intermédiaire : les caves coopératives dans le secteur viticole. Nos résultats montrent que ces organisations, centrales dans les processus d'écologisation et de digitalisation, éprouvent des difficultés pour les articuler du fait d'objectifs, de partenaires et de politiques publiques qui ne sont pas forcément en cohérence. Ces coopératives ont toutefois des marges de manœuvre pour réaffirmer leur rôle et permettre aux viticulteurs de jouer un contre-pouvoir dans la trajectoire de digitalisation. Ce travail de thèse met en évidence que selon les paradigmes et les modèles agricoles auxquels les acteurs se rattachent, les perceptions et les usages du numérique sont différents. La digitalisation n'apparaît pas comme la résultante de comportements dits « pionniers » mais dépend de la diversité des modèles et paradigmes, en interaction avec un système socioéconomique qui propose, incite, voire impose ces technologies. La digitalisation actuelle montre plusieurs formes d'oppositions vis-à-vis de l'écologisation forte de l'agriculture, que ce soit en terme techniques, d'objectif, de raisonnement, de dynamique temporelle mais aussi d'enjeux politiques et sociaux. Des hybridations semblent toutefois possibles dans le cas de formes d'écologisation industrielle, mais aussi à travers une transformation plus globale de la digitalisation elle-même en repensant ses modèles techniques, économiques et politiques.