Cette communication a pour objectif de présenter un cadre de travail qui permet l'analyse intégrée d'un système complexe où participent de composants biophysiques, socioéconomiques et politiques. Dans l'introduction nous développons l'origine de cette méthodologie, qui implique une approche multidisciplinaire : pédologie, agronomie, physiologie de plantes et économie. Une révision de la manière dont les économistes saisissent la dimension technique de la production est présentée en comparant les estimations économétriques de fonctions de production et l'approche de la fonction de production dite 'd'ingénieur'. Les avantages et les inconvénients de ces deux orientations sont développés, pour montrer comment l'approche qui utilise les fonctions de production 'd'ingénieur' est la plus adaptée, concernant les aspects économiques de l'utilisation de l'eau. Une description schématique des modèles bio-économiques qui peuvent se construire à travers l'intégration de modèles de simulation agronomique avec modèles de programmation mathématiques est présentée. Le cas spécifique du projet POLEN, développé en collaboration entre l'IAM Bari et l'IAM-Montpellier, avec un groupe d'équipes de recherche européen est exposé comme exemple. Des nouvelles approches méthodologiques, qui tentent d'améliorer la performance de ces modèles seront aussi discutées