Cette thèse porte sur l'étude de l'atmosphère de Titan et ses variations saisonnières, avec un modèle de climat global (GCM). La longévité de la mission Cassini-Huygens ayant permis de cartographier l'atmosphère pendant une demi-année titanienne, de nombreux phénomènes saisonniers ont été mis en évidence, concernant l'évolution de la température dans les régions stratosphériques polaires, le rôle des composés traces, ou les nuages polaires à haute altitude. Une compréhension de ces mécanismes passe par le biais d'outils comme les GCM. Le GCM Titan de l'IPSL existant avant ces travaux ne permettant pas d'aborder correctement ces problèmes, car souffrant d'une mauvaise représentation de la température dans la stratosphère, on met en place un nouveau transfert radiatif. Cette refonte s'étend à l'ensemble des couplages avec les modules photochimiques et microphysiques. On développe notamment une méthode pour prendre en compte les variations d'opacité des composés traces induites par les changements saisonniers - méthode potentiellement applicable à d'autres objets. Le modèle microphysique existant ayant de nombreuses limitations, on en implémente un nouveau. Des simulations entièrement couplées dynamique-physique-photochimie-microphysique peuvent ainsi être réalisées. Avec celles-ci on étudie l'influence des couplages sur la structure thermique et la dynamique atmosphérique. Une attention particulière est portée sur les régions polaires stratosphériques, où les mécanismes œuvrant dans le renversement de la circulation sont comparés aux observations de Cassini. Enfin, l'évolution saisonnière des composés est discutée et le rôle des couplages est analysé.