Ce travail est dédié à la compréhension de l'émission du dihydrogène (H2 ) dans les phases actives de l'évolution des galaxies. La découverte d'une nouvelle population de sources extragalactiques avec un spectre dans l'infrarouge moyen dominé par les raies d'émission de H2 est un résultat inattendu des observations spectroscopiques du satellite Spitzer. La faiblesse des bandes d'émission des poussières et des raies du gaz ionisé par rapport à celles de H2 indique la présence de grandes quantités de gaz H2 (jusqu‘à 10^10 M⊙ au centre des amas de galaxies) avec peu de formation d'étoiles, contrairement à ce qui est observée dans les galaxies standard. Une interprétation physique de l'émission H2 associée à une collision à grande vitesse (1000 km/s) entre galaxies dans le Stephan's Quintet (SQ) est d'abord présentée. La dissipation de l'énergie cinétique de la collision crée un milieu multi phases où des fragments de gaz molécu- laire coexistent avec un plasma de gaz chaud (∼ 5 × 10^6 K) émetteur en rayons X. Notre interprétation relie la structure multi phases du gaz post-choc à la structure en densité du gaz pré-choc. L'interaction dynamique entre les phases entretient un cycle où H2 se forme à partir de gaz atomique chaud qui se refroidit puis est excité de manière répétée avant d'être détruit. A ce cycle est associée une cascade énergétique où l'énergie cinétique du gaz alimente une turbulence supersonique dans le gaz moléculaire. Le rayonnement H2 est associé à la dissipation de l'énergie turbulente. Les résultats de nouvelles observations moyen-infrarouge et radio dans le choc de SQ sont présentés. L'émission de la poussière et du gaz CO associé au gaz H2 est détectée. Le gaz CO est extrêmement turbulent, ce qui pourrait expliquer pourquoi la formation stellaire est si peu efficace dans cet environnement. Pour tester notre interprétation de l'émission de H2 , les résultats de la modélisation de l'émission de la poussière associée au gaz H2 , ainsi que les perspectives observationelles apportées par le satellite Herschel, sont discutés. Ces observations et ce travail théorique inscrivent l'étude du gaz moléculaire dans le cadre de la formation et de l'évolution des galaxies. Les mêmes caractéristiques d'émission H2 sont observées dans les interactions entre galaxies, la rétroaction de la formation stellaire et celle des noyaux actifs de galaxies sur le milieu interstellaire, ainsi que l'accrétion de gaz dans les amas. Un dénominateur commun de ces phases violentes de l'évolution des galaxies est la libération d'énergie mécanique en quantité suffisante pour affecter globalement le milieu interstellaire. Cette interprétation est étendue à l'émission H2 des radio-galaxies où le jet relativiste est la source d'énergie mécanique. Dans les deux cas, le gaz moléculaire apparaît comme un acteur de l'évolution dynamique des galaxies en amont de la formation stellaire. Cette thèse présente également un travail d'analyse des tests de qualité optique réalisés au CEA sur l'instrument MIRI, une caméra moyen-infrarouge qui sera intégrée sur le futur télescope spatial JWST. Cet instrument permettra d'étendre ce travail de thèse à haut redshift, pour comprendre l'impact du gaz moléculaire sur l'évolution des galaxies lorsque l'Univers était plus jeune. Cette étude servira de base pour de futurs programmes d'observations avec le JWST.