Ce travail de recherche porte sur la caractérisation microphysique des glaces présentes en surface de différents corps planétaires. Étudier l'état microphysique de la glace consiste à caractériser les propriétés chimiques et structurales telles que la proportion en volume des composants, la taille de leurs grains, la porosité ou encore la rugosité de surface. Ces propriétés permettent alors de comprendre le mode de formation et les processus gouvernant l'évolution temporelle de ces surfaces. A l'issu de cette thèse, deux objets ont fait la cible de ces investigations : Mars et Europa, un satellite de Jupiter. Pour ce faire nous utilisons les principes physiques décrivant les interactions entre la lumière et la matière et notamment le cadre théorique du transfert radiatif. Les équations du transfert de rayonnement permettent de modéliser les phénomènes d'absorption, de réflexion et de diffusion de la lumière lors de son interaction avec les matériaux de la surface. Ce travail est organisé en trois parties distinctes. La première partie est consacrée à la description du transfert de rayonnement, les concepts et grandeurs physiques importantes sont définis pour aboutir à quelques exemples de modèles couramment utilisé par la communauté scientifique. Le modèle utilisé dans ce travail, dit modèle photométrique de Hapke, est largement décrit. Les avantages de cette approche résident dans le fait que ce modèle est analytique et qu'il est facilement inversible. L'inversion d'un modèle physique consiste en son utilisation pour remonter aux paramètres physiques permettant de reproduire le plus fidèlement possible une donnée, dans notre cas une observation de la surface. Les concepts et méthodes d'inversions sont également présentés dans cette partie. Une comparaison entre différentes méthodes d'inversion est proposée pour aboutir à la sélection des méthodes les plus adaptées aux problèmes rencontrés. La seconde partie est dédié à la caractérisation de la surface d'Europe, un des satellites de glace de Jupiter. Le contexte scientifique dresse le bilan des connaissances actuelles concernant les propriétés de la surface et aboutit sur les questions demeurant en suspens : quelle est la composition chimique de la surface ? Comment varie t'elle d'une structure géologique à l'autre ? Quels processus favorisent cette composition ? Pour répondre à ces questions nous utilisons les données obtenues par le spectro-imageur NIMS au cours de la mission Galileo. Nous avons combiné le modèle de Hapke et une approche d'inversion bayésienne pour tester, pour la première fois, un très grand nombre de représentations différentes de la surface à partir de 15 composés chimiques qui ont été proposés à ce jour par des études précédentes. Nous montrons qu'il existe une multitude de représentations différentes de la surface produisant un ajustement similaire aux données. La troisième partie est consacré à l'étude des glaces de Mars via l'utilisation des données de la mission récente ExoMars-TGO et notamment du spectromètre infrarouge NOMAD. L'acquisition des premières données de la mission coïncident avec le début de ce travail de thèse, c'est pourquoi un travail de calibration instrumentale a été nécessaire. Une méthode de calibration des données du canal nadir de NOMAD a été proposée et publiée. Une première analyse des données permet de mettre en évidence la capacité instrumentale à détecter des glaces de surfaces. Ces données permettront ensuite d'entreprendre un travail de caractérisation et de suivi temporelle des propriétés microphysiques de la glace sur Mars.