Une etape cruciale de la fabrication des combustibles nucleaires est le co-broyage des oxydes d'uranium et de plutonium pour obtenir une taille ciblee et un melange homogene de particules. Cependant, le changement de l'echelle du laboratoire a celle de la production reste essentiellement empirique. Le but de cette these de doctorat est de modeliser et caracteriser les ecoulements granulaires dans des tambours rotatifs et d'elucider les mecanismes de broyage de l'echelle des particules a celle du procede. A l'aide de simulations granulaires, et d'un critere de decohesion dynamique base sur la mecanique de la rupture, on etudie la fragmentation de particules sous impact. La dissociation de ces particules se fait au niveau d'une tessellation en cellules sous-jacentes fragmentables. Les analyses developpees portent notamment sur: les proprietes d'ecoulements granulaires dans le regime de cascade en fonction des parametres du systeme; l'effet de la taille et du nombre de corps broyants sur le processus de broyage; l'evolution de la fragmentation dans les ecoulements en tambour rotatif. Nos simulations revelent plusieurs relations bien definies entre differentes variables caracterisant l'ecoulement (profil de surface, epaisseur d'ecoulement, fluctuations de force, glissement aux parois), l'evolution de la taille des particules et les parametres du systeme (vitesse de rotation, taille du tambour, taux de remplissage). Ces travaux conduisent a la definition d'un parametre sans dimension qui peut etre utilise pour la mise a l'echelle des ecoulements dans les tambours tournants et les broyeurs a boulets. (auteur)