Cette thèse porte sur l'étude de l'écoulement d'un film liquide mince visqueux tombant sous l'effet de la gravité à l'intérieur d'une conduite cylindrique verticale. L'objectif principal de ce travail est la caractérisation à la fois théorique et expérimentale de la surface du film. Celle-ci se fait sur le plan théorique par le développement d'un modèle 3D à grand nombre de Reynolds et à grande longueur d'onde, dont les principales inconnues sont l'épaisseur instantanée et les débits axial et azimutal. Sur le plan expérimental, on mesure l'épaisseur instantanée avec des sondes conductimétriques affleurantes en 8 positions de la conduite. A partir de l'analyse statistique et dynamique de cette épaisseur, l'étude de la stabilité linéaire et faiblement non linéaire du modèle a été validée via la détermination de la célérité des vagues, la fonction de transfert, les fréquences prépondérantes. Nous avons montré que la structure de l'interface est à la fois dépendante du nombre de Reynolds et de la distance au point d'injection du liquide.