Ce travail contribue à la compréhension des mécanismes d'écoulement dans les réacteurs à lit fixe fonctionnant à co-courant de gaz et de liquide. L'écoulement gaz - liquide en régimes à haute interaction (pulsé et bulles dispersées) est décrit à l'échelle du réacteur par des modèles basés sur l'interaction liquide - solide (équation d'Ergun, et équation fondée sur l'écoulement en couche limite laminaire) et gaz - liquide (concept de la vitesse de glissement). La combinaison des modèles permet d'estimer à priori deux paramètres de fonctionnement : la perte de pression et la saturation de liquide. Les modèles sont validés par comparaison des prédictions à une banque de données d'environ 1500 mesures en co-courant vers le haut et de 460 mesures en co-courant vers le bas. La qualité de prédiction obtenue est équivalente aux meilleures corrélations empiriques de la littérature. Afin d'étudier l'écoulement à l'échelle des interstices du milieu poreux, un réacteur quasi-bidimensionnel est conçu en utilisant les méthodes de l'analyse dimensionnelle. Son comportement hydrodynamique global (perte de charge, régimes d'écoulement) est très proche des réacteurs à lit fixe classiques. L'écoulement des bulles de gaz en régime à bulles dispersées est étudié à l'échelle des pores par des enregistrements à l'aide d'une caméra vidéo haute fréquence et par un réseau de sondes conductimétriques. Les bulles de gaz traversent les rétrécissements verticaux du milieu poreux par des à coups de vitesse et stagnent et oscillent dans les élargissements. L'hétérogénéité de leur taille, de leur forme et de leur vitesse est quantifiée.