Ce travail de thèse est articulé en deux parties distinctes. La première est motivée par l’étude du proche sous-sol martien avec SHARAD/MRO, et sera constituée d’une étude méthodologique de l’impact du choix de modèle de terrain sur les simulations pour l’interprétation des données radar. Dans un deuxième temps, nous traitons de l’analyse de l’intérieur et de l’orbite de Phobos avec les données du radar MARSIS/MEX.Premièrement, nous souhaitons analyser le proche sous-sol des moyennes latitudes martiennes Sud dans le but d’y détecter de la glace. Pour cela, nous utilisons des données de SHARAD, un radar à bord de Mars Reconnaissance Orbiter, sondant les premières centaines de mètres sous la surface martienne à une fréquence de 20±5MHz. L’analyse de ces données est classiquement faite par comparaison avec des simulations des échos de surface en utilisant des modèles de terrain. Dans cette première partie, nous proposons une étude méthodologique de l’impact des modèles de terrain sur la simulation d’échos proches de la surface. Pour ce faire, nous prenons pour cas d’étude un potentiel réflecteur souterrain identifié dans la région de Terra Cimmeria par comparaison avec un modèle de terrain HRSC.En réalisant une étude comparative de l’impact du modèle de terrain sur la détection de cet écho de surface, nous mettons en évidence plusieurs choses. Premièrement, nous observons que les modèles générés par altimétrie laser permettent de reproduire fidèlement les principaux échos de surface, mais que leur faible résolution ne permet pas de reproduire les structures les plus fines, complexifiant l’analyse de réflecteurs peu profonds dans des régions très rugueuses. De plus, nous montrons que les modèles de terrain optiques sont sujet à des artefacts de mesure pouvant créer des échos supplémentaires ou en masquer d’autres. En utilisant la photoclinométrie, il nous est possible de reproduire la topographie de la surface avec une bonne fidélité et un niveau de détail suffisant pour pouvoir déterminer que l’écho identifié dans notre étude de cas était en fait un écho de surface, mal reproduit par les précédents modèles de terrain. Cette étude montre aussi que la comparaison entre les simulations et les données radar permet d’estimer les erreurs sur le modèle de terrain utilisé, notamment en comparant les structures petite échelle visibles.La deuxième partie de cette thèse est focalisée sur l’étude de Phobos avec MARSIS, un radar sur Mars Express fonctionnant à des fréquences allant de 1,8 à 5MHz, avec une largeur de bande de 1MHz. Le but premier cette étude est d’utiliser les outils mis en place pour l’étude de Mars avec SHARAD pour traiter les données MARSIS sur Phobos, et ainsi espérer détecter des interfaces souterraines traduisant l’hétérogénéité de l’intérieur du satellite martien. Le traitement SAR (Synthetic Aperture Radar) appliqué aux 35 jeux de données MARSIS a mené à une nette amélioration du rapport signal sur bruit, mais la comparaison avec des simulations faites avec différents modèles de forme n’a pas permis d’identifier d’échos de sous-sol.Cependant, cette comparaison a mis en exergue des décalages dans la mesure de distance entre les données MARSIS et les simulations. Nous déterminons dans cette seconde partie que ces décalages sont majoritairement dus à des erreurs dans l’orbitographie de Phobos. Les mesure des décalages orbitaux permettra ensuite de servir de points de contrôle supplémentaires pour calculer l’orbite de Phobos.