Les travaux presentes dans ce memoire couvrent les domaines de recherches dans lesquels je me suis implique jusqu'a maintenant. Le premier chapitre s'attache a decrire les avancees effectuees dans le domaine des analyses par faisceau d'ions. Les reflexions theoriques developpees ont notamment permis de construire des outils permettant d'etablir des profils en profondeur d'elements dans les solides de maniere objective, avec des incertitudes precisement calculees. Par ailleurs, des techniques d'analyse par faisceau d'ions originales ont ete developpees au gre des etudes. A ce titre, une methode d'analyse en profondeur de l'oxygene dans des matrices carbures est detaillee. Elle permet de determiner la composition et de dresser le profil en profondeur de l'oxygene dans les premiers microns d'un materiau carbure. Cette technique a en effet permis de caracteriser l'oxydation d'echantillons de carbure d'uranium appauvri elabores dans le cadre de la these de Mme Raveu, en utilisant le faisceau micrometrique delivre par la microsonde nucleaire du CEA-CNRS/IRAMIS/LEEL. En effet, le comportement en pile du combustible carbure est encore mal connu, et disposer d'un materiau modele de meme structure et de proprietes proches permettrait de mener des etudes de R et D amont sur ce theme. Des echantillons de monocarbure d'uranium contenant tres peu d'impuretes, d'un bel aspect metallique, ont ete obtenus grace a une chaine de fabrication en boites a gants inertees sous argon, BaGCARA, developpee au CEA/DEC. Cependant, la plupart des echantillons fabriques se sont corrodes sous l'effet de phenomenes de corrosion fissurante suite a un bref passage sous air. L'attention se porte donc aujourd'hui sur les oxycarbures d'uranium, passives dans une certaine mesure par la presence d'O. En aval du cycle du combustible des reacteurs actuels, l'entreposage des assemblages uses a ete etudie dans le cadre de la loi francaise de 2006 sur les dechets nucleaires, ce gaz etant a la longue genere en grandes quantites par decroissance alpha des actinides en situation d'entreposage. La mise en oeuvre de techniques d'analyse originales a necessite le developpement de l'installation DIADDHEM au CNRS/CEMHTI. Les mesures interpretees par un modele en elements finis indiquent que les defauts, en particulier lacunaires, constituent des pieges vis-a-vis des atomes de gaz. Cependant, ceux-ci peuvent migrer tres rapidement en peripherie des grains du materiau fritte au-dessus de 800 C, du fait que les joints de grain jouent le role de puits pour les defauts: le materiau est restaure sur plusieurs microns en leur voisinage, ce qui permet aux atomes de gaz de circuler sans etre pieges. Les etudes sur l'endommagement des materiaux sous irradiation ont debute depuis les annees 1950. Pourtant, les phenomenes d'irradiation etant des phenomenes rapides et transitoires, ils restent encore aujourd'hui difficiles a caracteriser experimentalement. La dynamique moleculaire classique a en revanche pu simuler des cascades de deplacements energetiques des le debut des annees 1990, et le dioxyde d'uranium a par la suite ete etudie, notamment au CEA de Cadarache. En regime balistique, les cascades de deplacements energetiques se decomposent en sous-cascades de moindre energie. Chacune des sous-cascades engendre une pointe thermique, qui consiste en une fusion locale du materiau suivi de sa recristallisation rapide. La pointe thermique genere des agregats de defauts qui peuvent devenir nanometriques lorsque le dommage d'irradiation s'accumule (superposition de cascades): ce sont des cavites et des boucles de dislocation. Ces travaux se sont par la suite inscrits dans une demarche de modelisation multi-echelle soutenue par AREVA et EDF, dans le but ultime d'integrer un terme source de defauts d'irradiation dans les codes metiers utilises dans l'industrie qui soit physiquement plus pertinent. Un modele preliminaire de superpositions de cascade a ete developpe afin d'expliquer la saturation de la population des cavites formees sous irradiation aux ions lourds (taille et den site)