Les constructeurs automobiles ont pour objectif de développer de nouvelles technologies pour diminuer les émissions de CO2 des moteurs à allumage commandé (AC) parce que les réglementations en matière d'émissions deviennent de plus en plus strictes. Une possible solution est le concept de ``downsizing'' appliqué aux moteurs AC, consistant à réduire la cylindrée du moteur tout en augmentant la puissance spécifique. Néanmoins, cette solution augmente l'apparition de combustions anormales, comme le cliquetis. Pour éviter ces phénomènes la combustion est diluée par la recirculation des gaz d'échappement. Cependant, celle-ci augmente la variabilité cycle à cycle de la combustion. Aujourd'hui, la conception et l’optimisation des moteurs AC reposent sur des outils de mécanique des fluides numériques. Cependant, les modèles actuels de combustion turbulente perdent leur caractère prédictif lorsqu'ils sont utilisés pour simuler une combustion fortement diluée dans un écoulement turbulent. Ces modèles ont été conçus en faisant l'hypothèse d'une flamme dans le régime de flammelette. Or, la combustion dans un moteur AC suralimenté et dilué change de régime de combustion correspondant au régime de flamme épaissie (FE). Ainsi, dans cette thèse de doctorat une étude numérique avec le code AVBP est présentée pour mettre en évidence les différences entre les régimes de flammelette et FE. L'objectif de cette thèse est de déterminer un modèle adapté à la combustion dans le régime FE utilisant le formalisme du modèle de flamme cohérente (CFM). Des simulations numériques directes (DNS) d'une flamme de prémélange C8H18/air sont réalisées. Une première série de DNS d’interactions flamme-vortex est effectuée dans l'optique de modéliser l'étirement tangentiel du front de flamme à travers la définition d'une fonction d'efficacité. Ensuite, les interactions entre une flamme plane et un champ turbulent 3D sont étudiées. Le champ turbulent est généré et maintenu suivant une méthode spectrale de forçage. Ces simulations permettent d'évaluer la validité du concept de densité de surface de flamme (FSD) dans le régime FE grâce à des analyses de la surface de flamme, de sa structure et des caractéristiques de l'étirement du front de flamme et de la vitesse de déplacement. Ces deux dernières grandeurs sont considérées comme des facteurs clefs pour la modélisation de la combustion turbulente fortement diluée. Premièrement, la zone de réaction reste fine pour chaque flamme étudiée, ce qui mène à analyser la flamme à travers une iso-surface particulière de cette zone de réaction. Deuxièmement, la vitesse de déplacement sur cette iso-surface présente des dépendances différentes à l'étirement tangentiel et à la courbure, qui sont modélisées à travers deux longueurs de Markstein effectives dépendant à la fois de l'intensité turbulente et de la diffusion différentielle. Des corrélations en fonction du nombre de Karlovitz sont données pour ces longueurs. Cette analyse de DNS permet d'étendre le model CFM au régime FE à travers la définition de nouvelles variable de progrès et FSD. Les équations de transport de ces nouvelles variables sont ensuite déterminées. Leur fermeture est présentée en utilisant de nouveaux modèles ou existants pour les termes sources. Ces sous modèles sont comparés a priori aux résultats de DNS permettant de valider et d'ajuster les sous-modèles. Le modèle CFM étendu au régime FE est alors implémenté dans le code AVBP grâce au développement d’une nouvelle relation entre les variables de progrès filtrées au sens de Reynolds et de Favre. Une série de simulations de flamme turbulente monodimensionnelles est ensuite réalisée pour examiner le comportement de chaque sous-modèle lorsqu'ils interagissent entre eux. Une analyse de la sensibilité du modèle à certains paramètres permet de déduire quelques ajustements. Finalement, les résultats encourageant des tests a priori et a posteriori montrent le potentiel de l'extension du model CFM proposée.