Identifier des systèmes de productions agricoles capables de produire plus en prélevant moins de ressources et en émettant moins d'externalités négatives apparait comme une nécessité au regard du défi de nourrir 9,6 milliards d'êtres humains en 2050. Dans un programme ANR-EPAD multidisciplinaire, nous avons proposé d'explorer les outils micro-économiques d'analyse de la productivité que sont les frontières d'efficience pour apporter un nouveau regard sur le développement durable des productions animales. Empiriquement, les modèles ont montré que selon les objectifs poursuivis dans la réduction de l'éco-inefficience (réduction des inputs ou de la pollution, augmentation des outputs), les marges de progression variaient notablement. L'exploration des modèles " duaux " a démontré que les méthodes de frontières d'efficience permettent de définir les coûts implicites des externalités non-monétaires. Nos évaluations du prix d'équivalent carbone sont proches des niveaux observés des taxes carbones. Le calcul de coûts négatifs pour les excédents azotés a souligné l'intérêt des débats actuels sur l'intégration des outputs indésirable dans la méthode DEA (Data Envelopment Analysis), mais également la nature ambivalente de cet indicateur (source de pollution pour le sol ou l'air, ou de richesse en tant que fertilisant organique). Enfin, nous avons développé une approche innovante de modélisation des déterminants de l'éco-efficience. En couplant le modèle " whole-farm " GAMEDE à la méthode DEA, nous avons mis en évidence les pistes de réflexion qu'ouvre l'exploration de nouveaux types de modélisation en agronomie comme la " simulation-based optimization " ou l' " inverse modelling ".