Cette these est consacree a l'etude experimentale de la production de pions dans les collisions d'ions lourds relativistes. Les deux premiers chapitres sont consacres a la presentation de la physique etudiee au moyen des collisions d'ions lourds, ainsi qu'a un eventail des modeles theoriques existants. Les donnees sur lesquelles s'appuie cette these ont ete receuillies aupres de l'accelerateur SATURNE grace au detecteur DIOGENE, que nous presentons au chapitre III. Le dernier chapitre est entierement consacre a l'expose de nos resultats. Nous y presentons dans un premier temps la technique d'analyse de donnees, ainsi que notre methode de selection de la centralite des collisions. Apres avoir presente les normalisations pour l'ensemble des systemes etudies, nous proposons une etude systematique des multiplicites de pions: variation du nombre de pions produits en fonction de la centralite des collisions, comparaison au modele de cascade intranucleaire et determination de l'equation d'etat, variation en fonction de l'energie ou de la taille du systeme. La distribution de multiplicite de pions a les caracteristiques d'une distribution de Poisson, ce qui nous permet d'ecarter l'eventualite d'uneproduction coherente des pions. Nous presentons ensuite nos mesures de sections efficaces doublement differentielles, ainsi que notre methode de parametrisation des donnees. Nous posons ensuite la question de l'origine des pions et tentons d'y repondre en mettant en evidence la contribution de la resonance delta et des processus directs a une collision inelastique nucleon-nucleon. Nous cloturons notre etude par une presentation de mesures d'ecoulement collectif des pions (sections efficaces trois fois differentielles)