Cette thèse s'inscrit dans le domaine du traitement automatique des langues, et concerne l'analyse sémantique de la structure du discours. Nous nous attachons plus particulièrement au problème de l'analyse thématique, qui vise l'étude de la structure des textes selon des critères relatifs à la répartition de leur contenu informationnel. Cette tâche revêt une importance capitale dans la perspective de l'accès assisté à l'information, qui constitue notre principale visée applicative. Le concept même de "thème" étant à la fois complexe et assez rarement considéré en tant qu'objet d'étude dans le domaine de la recherche d'information, la première partie du mémoire est consacrée à une vaste étude bibliographique autour des notions de thème, de topique, de sujet ou encore d'à propos, tant en linguistique qu'en sciences de l'information ou en traitement des langues. Nous en dégageons les lignes de force qui fondent notre approche du thème comme objet discursif, sémantique et structuré. Nous proposons sur cette base différents modèles et procédés s'attachant d'abord au traitement sémantique des documents géographiques, puis à l'analyse automatique des cadres de discours spatio-temporels au sens de Michel Charolles. Nous généralisons ces travaux en introduisant les notions de thème discursif composite et d'axe sémantique. Nous terminons en présentant LinguaStream, environnement d'expérimentation intégré que nous avons conçu pour faciliter l'élaboration de modèles linguistiques opérationnels, et qui nous conduit à proposer des principes méthodologiques originaux.