Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le développement d'un nouveau concept de traitement de surface par plasma froid : la nitruration assistée par une post-décharge en écoulement générée par un plasma micro-ondes. Les diagnostics dans les décharges Ar-N2-H2 (spectroscopie optique, fluorescence induite par laser, et titrage de N par NO) ont d'abord été établis afin de quantifier les processus de création et de transport de l'azote atomique responsable de la nitruration. La modélisation 3D de la phase gazeuse dans le réacteur de nitruration a été ensuite effectuée. Elle permet de prévoir la carte des températures, l'hydrodynamique du gaz, et la carte des titres massiques en azote atomique dans le réacteur pour des conditions opératoires données et des configurations géométriques choisies. Au moyen d'un modèle numérique de diffusion de l'azote atomique dans le fer en régime transitoire, des abaques ont été construits à partir de plusieurs simulations utilisant des conditions à la surface différentes (titre massique constant ou densité de flux constante). Ils permettent de prévoir la croissance des couches de nitrures de fer et la position des interfaces en fonction du temps. Des expériences ont porté sur la nitruration à 550°C de trois tiges en fer pur de grande longueur pour différentes durées de nitruration. La simulation de ces expériences permet d'affirmer d'une part, que la croissance des couches de nitrures de fer s'effectue avec une condition de densité de flux constantes à la surface, et d'autre part, de corréler l'hétérogénéité du titre massique en azote atomique calculé au voisinage des tiges dans la phase gazeuse avec les différences d'épaisseur des couches de combinaison obtenues lors des expériences. Le modèle élaboré se présente ainsi comme un outil prévisionnel facilement extrapolable aux traitements de post-décharge qui sont en développement