L’objectif de ce mémoire concerne, d'une part, l'analyse structurelle et quantitative d'un processus et, d'autre part, la conception optimale d'une architecture d'instrumentation permettant de définir la position, le nombre et la précision des capteurs. Cette conception doit satisfaire à de nombreuses contraintes dont les principales sont la disponibilité de la valeur des variables nécessaires, la détectabilité et l'isolabilité des capteurs défaillants, la précision de l'estimation, le coût, la fiabilité et la disponibilité du systeme d'instrumentation. Pour ce qui est l'analyse structurelle et quantitative, nous avons développé des méthodes permettant de caractériser le processus selon le critère d'observabilité, le degré de redondance des variables, la détectabilité et l'isolabilité des capteurs défaillants, la précision de l'estimation de l'état du processus, la fiabilité et la disponibilité de son systeme d'instrumentation. Quant à la conception optimale d'un systeme d'instrumentation, elle a été résolue en trois étapes: i) définir la position et le nombre de capteurs sous contraintes d'observabilité, de degré de redondance, de détectabilité et d'isolabilité des capteurs défaillants, de non-mesurabilité et d'obligation de mesurer des variables. En utilisant les cycles et la formulation en termes de programmation linéaire en nombres entiers, une solution optimale est proposée soit en minimisant le coût à fiabilité imposée, soit en maximisant la fiabilité à coût imposé, ii) déterminer la précision des capteurs de façon à garantir une précision imposée de l'estimation, en se basant sur un algorithme à itération directe, iii) déterminer le taux de réparation des capteurs pour obtenir une disponibilité donnée pour le systeme d'instrumentation. Ces méthodes ont été testées sur une partie d'une plate-forme pétrolière de la société ELF