L’objectif principal de ce travail de thèse est de caractériser les effets de la raréfaction sur le comportement aérodynamique des débris spatiaux lors de certaines phases critiques de leur rentrée atmosphérique. Ce travail de recherche met en avant deux géométries clés, la sphère et le cube, étudiées à l’aide de deux souffleries : une soufflerie hypersonique raréfiée pour la simulation de l’aérodynamique à haute altitude et une soufflerie supersonique haute enthalpie pour l’étude de la phase plasma. Différents diagnostics pluridisciplinaires ont été mis en œuvre, notamment la conception de balances aérodynamiques adaptées aux conditions d’écoulement, les techniques de visualisation par décharge luminescente accompagnées de méthodes d’analyse d’images permettant de caractériser en détail la structure des chocs. Cette étude, visant à établir une base de données expérimentales à Mach 4 et pour différents nombres de Knudsen, a permis de mettre au jour l’influence du degré de raréfaction sur les propriétés aérothermodynamiques des formes canoniques étudiées telles que : la forme des chocs, leur distance de détachement, leurs coefficients aérodynamiques. À haute enthalpie, les effets thermiques et ablatifs sur les forces aérodynamiques, en présence d’écoulement de plasma supersonique ont été étudiés. Cet ensemble de données expérimentales contribue à l’amélioration de la définition des fonctions de raccordement qui sont nécessaires aux codes de simulation pour prédire la trajectoire d’un objet entre les différents régimes d’écoulement traversés lors d’une rentrée atmosphérique. Cette étude met en avant l’impact de la phase plasma de la rentrée atmosphérique sur le comportement aérodynamique des débris spatiaux.