Pendant longtemps, les microorganismes présents dans l’atmosphère n’ont été considérés qu’en tant que particules inertes subissant les conditions hostiles de cet environnement. Cependant, de récentes études mettant en évidence la présence de microorganismes métaboliquement actifs dans la phase aqueuse des nuages incitent à s’interroger sur le rôle que ces organismes pourraient avoir sur les processus physiques et chimiques des nuages. En effet, la formation de gouttelettes de nuage ou de cristaux de glace à des températures supérieures à -36°C nécessite la présence de particules dites « noyaux de condensation » ou « noyaux glaçogènes », dont les bactéries pourraient être des représentantes. De plus, plusieurs travaux ont révélé une importance potentielle des microorganismes dans la transformation de la matière organique dans les nuages. L’objectif de ces travaux de thèse a donc été d’étudier les interactions réciproques entre les microorganismes et les conditions physico-chimiques des nuages. Dans un premier temps, les composantes physico-chimiques et microbiologiques ont été caractérisées au moyen de prélèvements nuageux au sommet du puy de Dôme (1465 m, France) et des études statistiques ont permis de mettre en avant des corrélations entre les différents paramètres physico-chimiques et/ou biologiques. Puis, cinq souches microbiennes appartenant à des genres microbiens cultivables majeurs dans les nuages ont été soumises à quatre stress rencontrés dans les nuages : la lumière solaire, la présence de peroxyde d’hydrogène, les variations de chocs osmotiques intervenant lors de la formation et de la dissipation des gouttelettes d’eau et les cycles de gel et de dégel. Il a ainsi été mis en évidence que la lumière solaire et le peroxyde d’hydrogène dans des conditions nuageuses n’ont que peu ou pas d’impact sur la viabilité des cellules. A l’inverse, les chocs osmotiques et le gel-dégel peuvent être hautement délétères selon les souches considérées. La troisième partie de ce travail s’est focalisé à mettre en évidence la présence de souches bactériennes glaçogènes dans l’eau de nuage. Sept souches ont ainsi ont été identifiées et décrites, et l’une d’entre elles a été choisie comme modèle pour étudier le comportement de bactéries (survie et activité glaçogène) dans une chambre de simulaion de nuage (AIDA, Allemagne). En parallèle, l’activité glaçogène biologique de l’eau de nuage a été mesurée à partir de prélèvements au puy de Dôme et l’activité glaçogène bactérienne a été estimée. L’ensemble de ces travaux met en avant une sous-estimation jusqu’alors des proportions de bactéries glaçogènes dans les modèles numériques simulant les processus microphysiques d’initiation de la glace et des précipitations dans les nuages. Ces données vont désormais pouvoir être considérées dans de tels modèles. Enfin, afin d’estimer l’étendue de l’importance des microorganismes dans la chimie atmosphérique, il est nécessaire d’avoir recours à des modèles numériques. La dernière étude de cette thèse s’est consacrée à déterminer des constantes cinétiques de biodégradation de trois composés organiques majeurs des nuages par trois souches bactériennes isolées de cet environnement qui pourront servir à paramétrer des modèles numériques. Une première approche simple a permis de confirmer les résultats précédents de l’équipe en mettant en avant une contribution non négligeable des microorganismes dans leur dégradation.