Les forestiers ont besoin d’outils permettant de cartographier les essences, la hauteur, la structure ou la biomasse des peuplements. Même si le lidar aéroporté (light detection and ranging, détection et télémétrie par laser) ne permet pas de mesurer l’ensemble de ces variables, il permet d’accéder aux hauteurs et à la biomasse de manière rapide, précise et surtout spatialisée sur de grandes surfaces. Cependant, les lidars aujourd’hui utilisés en forêts n’ont pas été conçus spécifiquement pour étudier la végétation, et l’ajustement de leurs caractéristiques techniques est supposé permettre d’améliorer la précision des mesures. L’objectif de cette thèse est de déterminer des configurations de capteurs lidars dédiés à l’étude de la végétation forestière, et de proposer des méthodes d’extraction de paramètres forestiers adaptés aux différentes configurations. La capacité de différentes résolutions (taille d’empreinte et échantillonnage spatial), longueurs d’onde et modes d’enregistrement du signal retour à mesurer des paramètres forestiers (hauteurs et densité d’arbres, taille des couronnes et indirectement volume et biomasse) a été évaluée. Les études ont été menées de l’échelle de l’arbre jusqu’à celle du peuplement, sur des données expérimentales ou simulées. Dans une première partie, des méthodes de traitement de données lidars aéroportés classiques (scanneur, largeur du faisceau décimétrique, 5 mesures/m2, laser proche infrarouge) ont été développées pour estimation la biomasse d’arbres individuels. Dans cette étude, l’apport de nouvelles données dites fullwaveform (enregistrement du signal complet) a été démontré par rapport aux traditionnelles données multiéchos (extraction des échos les plus significatifs). Dans une seconde partie, une expérimentation avec un prototype lidar du Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) embarqué sur un ULM a été réalisée (profileur, largeur de faisceau de 2,4 m, espacement de 2,4 m entre deux mesures successives le long de la ligne de vol, laser ultraviolet). Sans permettre des mesures d’arbres individuels, cette configuration de capteur a permis d’étudier les variations de la structure des arbres à l’intérieur d’une placette forestière (30 m de diamètre). En validant l’utilisation d’un laser ultraviolet pour l’étude de la végétation, les résultats de cette expérience permettent d’envisager le développement de capteurs bifonctions atmosphère/végétation. Dans une troisième partie, des signaux lidars à larges empreintes (plusieurs dizaines de mètres au sol) ont été simulés par agrégation de signaux lidars aéroportés classiques. Une méthode de modélisation permettant d’étudier la dynamique supposée d’un signal lidar satellitaire dans différents types de forêts a été proposée. Elle apporte des informations utiles à la calibration de l’énergie à émettre pour une future mission satellitaire dédiée à la cartographie de forêts. Le principal problème avec les données à larges d’empreintes est la forte influence de la topographie sur la précision des mesures de hauteurs d’arbres en zones pentues. En conséquence, une méthode de correction de cet effet a été élaborée, permettant ainsi de mesurer les hauteurs d’arbres avec une précision jusqu’alors inenvisageable. Cette méthode a de plus ouvert de nouvelles perspectives dans l’estimation de la topographie sous la forêt, à partir de données lidars à larges empreintes.