La réduction des budgets du domaine spatial et les missions scientifiques traditionnelles ayant des coûts et une complexité croissants a amené la communauté scientifique à se concentrer sur les petits satellites qui fournissent non seulement des résultats scientifiques de valeur, mais permettent aussi de nouvelles applications dans le domaine de la télédétection, de la surveillance environnementale et des télécommunications. De plus, le concept de vol en formation de petits satellites est une technologie-clé pour beaucoup de missions spatiales futures, en améliorant la capacité de survie et réduisant le coût des missions. Ce travail de recherche a un double but : la proposition de modèles innovants de constellations de nano-satellites et de nouvelles approches de routage pour les réseaux de nano-satellites. Cette thèse propose et analyse trois modèles de constellations de nano-satellites dénommés NanoDREAM, NanoiCE et NanoSPHERE, qui fournissent des services de télécommunications aux régions éloignées. Le modèle NanoDREAM est conçu pour le Désert Salar de Uyuni en Bolivie, une région qui détient 70% de la réserve mondiale de lithium. Le modèle NanoiCE est destiné aux Régions Polaires, pour satisfaire les besoins de télécommunications de la communauté scientifique. Le modèle NanoSPHERE est conçu pour fournir une couverture globale de la Terre pour un marché de télécommunications concurrentiel. De plus, nous avons proposé une architecture pour le segment terrestre basée sur la technologie sans fil. Cette architecture a été déployée sur la zone d'exploitation du Désert Salar de Uyuni. Ces modèles ont été développés analytiquement et mis ensuite en œuvre dans le simulateur SaVi afin d'identifier la meilleure constellation satisfaisant les requis de la mission en terme de couverture et en réduisant au minimum le nombre de nano-satellites de la constellation. […]