Les flavines sont des dérivés de la vitamine B2 qui forment un groupe de chromophores très polyvalents présents dans une grande variété d'enzymes et de protéines photoréceptrices. Elles peuvent adopter trois états redox différents avec divers états de protonation, menant à au moins cinq formes physiologiquement pertinentes, avec des spectres d'absorption électronique distincts. Malgré les propriétés photophysiques diverses des cofacteurs flavine, il n'y a que très peu de flavoprotéines naturellement photoréactives. La grande majorité des flavoprotéines remplissent des fonctions physiologiques non générées par la lumière ("non-photoactives"), bien que des réactions d'oxydoréduction photo-induites ultra-rapides et réversibles entre les flavines et les résidus proches s’y produisent largement, ce qui peut être considéré comme "auto-quenching" photo-protectrice. Ces dernières décennies, l'étude des flavoprotéines a connu un essor pour leurs applications photocatalytiques et photo-biotechnologiques. De plus, une nouvelle approche émergeant dans le développement de nouveaux photocatalyseurs à partir de flavoenzymes canoniques "non-photoactives" utilise la photochimie de flavines réduites au lieu de l'état de repos oxydé. En outre, des implications pratiques de la photochimie d'espèces de flavine encore différentes sont envisagées, mais une compréhension fondamentale de leurs mécanismes est requise. Dans cette thèse, par l'application de spectroscopie d'absorption et de fluorescence ultrarapide combinée avec des simulations moléculaires et d’approches de chimie quantique, une variété de processus photochimiques fondamentaux dans les flavoprotéines est étudiée. Tout d'abord, la photoréduction des flavines oxydées a été revisitée dans une flavoprotéine, la ferrédoxine-NADP+ oxydoréductase (FNR), ayant des configurations des réactifs très compactes, permettant la formation ultrarapide de paires de radicaux intermédiaires. La combinaison de techniques expérimentales et de modélisation a permis une évaluation détaillée de l'influence de l'environnement sur les propriétés spectrales des radicaux anioniques de flavine et cationiques d'acide aminé (tyrosine ou tryptophane). Par ailleurs, nous avons étudié la photochimie de flavines liées aux protéines dans différents états chimiques largement inexplorés dans la littérature. Il est démontré que la photooxydation des radicaux anioniques de flavine, qui agissent comme des intermédiaires de réaction dans de nombreuses réactions biochimiques, se produit efficacement en ~100 fs dans plusieurs flavoprotéines oxydases. Ce processus, qui est effectivement l'inverse de la photoréduction bien connue de la flavine oxydée, pourrait constituer une voie de désactivation universelle. Les propriétés de l'état excité des flavines complétement réduites ont été étudiées dans plusieurs systèmes FNR où elles sont impliquées comme intermédiaires fonctionnels, et comparées à celles en solution. Des informations précieuses concernant leurs structures électroniques et la flexibilité des flavines ont été obtenues et comparées avec des simulations atomiques, avec des implications catalytiques importantes. Enfin, un phénomène de photo-dissociation sans précédent a été révélé pour un complexe de transfert de charge non covalent de la flavine et d'un inhibiteur dans la flavoenzyme sarcosine oxydase monomérique. Ce processus se produit sur une échelle de temps de quelques centaines de femtosecondes et peut être attribué à une isomérisation photoinduite bien définie de l'inhibiteur. Dans l'ensemble, les résultats décrits, qui incluent la découverte de deux processus photochimiques jusqu'alors non documentés dans les flavoprotéines, élargissent le répertoire de la photochimie impliquant des cofacteurs de flavine. Ce travail peut ouvrir de nouvelles voies pour l'exploration de la photochimie des flavines avec, à terme, des implications pratiques possibles comme nouveaux photocatalyseurs et outils optogénétiques.