La these est centree sur lamodelisation des signaux presents dans les donnees d'un reseau de pulsars chronometres (Pulsar Timing Array ou PTA) afin d'ameliorer la sensibilite pour la recherche d'ondes gravitationnelles de tres basses frequences (du nano-Hz au micro-Hz). Le premier chapitre est une introduction generale du sujet ou je presente le contexte scientifique et les methodes d'analyse utilises. J'y developpe d'abord la notion de modele de chronometrie des pulsars, en m'appuyant sur un exemple particulier: la caracterisation precise du modele de rotation du pulsar J1909-3744, avec mise-a-jour des mesures sur l'ensemble des parametres. Je poursuis avec l'application de cette methode pour la recherche d'ondes gravitationnelles au nano-Hertz avec PTA, et termine sur les concepts et les outils utilises dans cette these afin de realiser des analyses de donnees dans un cadre Bayesien. Le deuxieme chapitre porte sur l'optimisation de la prise en compte des bruits intrinseques a chacun des pulsars, ceci applique avec les donnees recentes de l'EPTA incluant a ce jour six pulsars. Ce travail souligne notamment la grande complexite de l'analyse des donnees PTA qui combinent des dizaines d'annees d'observations de differents pulsars provenant de plusieurs radio telescopes. Le troisieme chapitre presente ma participation aux etudes recentes sur la recherche d'un fond stochastique d'ondes gravitationnelles (GWB) avec les donnees de l'European Pulsar Timing Array (EPTA) et celles de l'International Pulsar Timing Array (IPTA), ainsi qu'une evaluation des consequuences induites par l'optimisation des modeles individuels des pulsars (presentee dans le Chapitre 2) sur la mesure du GWB. Les resultats recents provenant des differentes collaborations sont particulierement interessants puisqu'ils convergent sur la presence d'un signal commun entre les pulsars, avec l'amplitude et l'indice spectral attendu, sans toutefois pouvoir confirmer encore sa nature gravitationnelle et donc la detection recherchee. Les collaborations travaillent actuellement sur l'amelioration des lots de donnees (elongation de la couverture temporelle et augmentation significative du nombre de pulsars) afin d'ameliorer la precision des resultats. Le quatrieme et dernier chapitre est centre sur la prise en compte des incertitudes des ephemerides du Systeme solaire (SSE) sur les resultats des PTAs, notamment sur la mesure duGWB. En effet, afin de prendre en compte le mouvement de la Terre dans le Systeme solaire, les temps d'arrivees des impulsions mesurees sont virtuellement translates au barycentre de celui-ci, et dont la position est donnee par les SSEs. Une collaboration avec l'Institut de mecanique celeste et de calcul des ephemerides (IMCCE), qui produit les SSE, a permis de construire un modele (nomme EphemGP) applique a PTA et prend en compte des perturbations d'orbite des objets principaux du Systeme solaire. J'y presente une etude detaillee sur l'efficacite du modele a reduire l'impact des potentielles erreurs des SSEs pour la recherche duGWB, en incluant une comparaison avec d'autres modeles existants, et termine avec l'application du modele sur les donnees recentes de l'EPTA. (auteur)