Le methane a la deuxieme plus grande contribution au forcage radiatif global des gaz a effet de serre anthropiques. Apres une periode de stabilite, son taux de croissance atmospherique a augmente rapidement depuis 2007. Les emissions anthropiques de methane ont un potentiel important d'attenuation ce qui encourage les efforts visant a reduire ses emissions conformement a l'accord de Paris. Toutefois, beaucoup d'incertitudes demeurent concernant la contribution de differentes sources de methane, les processus et les estimations des emissions, meme a une echelle locale; ce qui entrave la mise en oeuvre efficace des strategies d'attenuation du methane. Jusqu'a maintenant, de nombreuses etudes ont ete realisees pour mesurer les flux globaux de methane, la repartition et la caracterisation des sources de methane par region mais les processus doivent encore etre mieux determines. Cette these presente et applique des methodes pour caracteriser les differentes sources de CH₄ presentes dans les mesures de l'air ambiant des sites industriels et developpe des outils cibles pour repondre a cette question. Le premier chapitre traite des ameliorations apportees a un instrument CRDS frequemment deploye pour les mesures de CH₄ et de δ¹³CH₄. Nous proposons un schema d'etalonnage pour corriger les interferences C₂H₆ sur δ¹³CH₄ et permettre des mesures fiables de C₂H₆. Les resultats de ces travaux sont ensuite utilises pour explorer la valeur ajoutee sur les donnees de la mise en oeuvre de cette methode sur une station de compresseur de gaz naturel, ou une forte correlation de C₂H₆ et de CH₄ est normalement attendue. Le deuxieme chapitre poursuit la caracterisation des sources de CH₄ sur le meme site mais porte plus sur l'application et la comparaison des differentes methodes de repartition des sources. Les contributions des sources de CH₄ et composes organiques volatils (COV) sont explorees selon la methode de l'analyse isotopique, de l'analyse des series temporelles multi-especes a l'aide de modeles source-recepteur (PCA et PMF), des donnees meteorologiques et des echantillons directs de gaz naturel. Le troisieme chapitre presente une utilisation des methodes de repartition des sources de CH₄ sur les mesures ambiantes des sources de CH₄ biogenique dans la region Ile de France et aide ainsi a completer l'etude des sources anthropiques de CH₄ les plus pertinentes. Cette these identifie et documente les signatures en δ¹³CH₄ de differentes sources de CH₄ sur des environnements contrastes a proximite de fermes d'elevage intensif, de stations d'epuration des eaux usees, de decharges d'enfouissement des dechets ou encore de sites de compression du gaz naturel, et etudie leur variabilite spatiale et temporelle pour faciliter la contrainte des emissions. Les resultats obtenus suggerent que l'identification de differentes sources biogeniques et thermogeniques avec le δ¹³CH₄ est robuste et adaptable a une grande diversite d'environnements. L'utilisation d'une combinaison d'outils est ideale pour etudier la variabilite a court terme et long terme. Cette these presente differentes utilisations de ces nouveaux outils pour diriger les investigations des emissions anthropiques de methane et sont la base pour de futurs travaux dans ce domaine. (author)