Depuis la découverte de la nature des prions, de nombreux modèles mathématiques ont été proposés afin de représenter ces assemblages de protéines et leur réplication. Après quatre décennies de recherche expérimentale et conceptuelle, la compréhension des phénomènes d’agrégation de protéines, ansi que des maladies neurodégénératives qui leurs sont associées, a grandement progressé. Cependant la complexité de ces systèmes reste entière, et les modèles classiques commencent à montrer leurs limites. En particulier, aucun modèle ne reproduit l’immense diversité des objets qui sont observés au cours de la propagation des prions, alors que l’on en découvre continuellement de nouveaux sous l’avancée des procédés expérimentaux. Dans ce manuscrit, notre objectif est d’identifier les faiblesses des modèles classiques à travers l’apport de résultats biologiques récents. Par la suite, nous proposons des améliorations à ces modèles en incluant de nouveaux processus, en ajoutant des niveaux de structuration et de diversité aux agrégats. Trois axes orientent les résultats, correspondant à trois contextes biologiques différents. La première partie se déroule dans le système nerveux des mammifères, et étudie la cinétique d’auto-agrégation de PrP, la bien nommée protéine prion. Dans la seconde partie nous abordons une approche multi-échelle novatrice pour représenter la propagation d’agrégats de protéines dans des cellules de levure en croissance. La troisième partie explore la dissémination spatiale de petits oligomères dans les étapes précoces de la maladie d’Alzheimer. Ces trois axes se recoupent autour du thème central de la diversité structurale et son rôle crucial dans la propagation.