L'endommagement par fatigue est un phénomène s'initiant à l'échelle microscopique. Sous l'effet de sollicitations répétées et de faibles amplitudes, de microfissures apparaissent jusqu'à générer l'amorçage d'une fissure à l'échelle macroscopique. Cette dernière peut alors se propager et mener jusqu’à la ruine de la structure. Pour prévenir ce risque, la modélisation et la simulation de ce phénomène sont une nécessité. Du fait des dizaines de milliers de cycles considérés, l’estimation précise du dommage en fatigue est un véritable défi. En conséquence, le calcul du dommage est généralement réalisé en négligeant l'influence de l'historique de chargement. Cette approximation a l'avantage de grandement diminuer les coûts numériques. Grâce à ce gain, des approches fiabilistes ont pu être développées afin de prendre en compte différentes sources d'incertitudes telles que le chargement, la géométrie ou le matériau. Cependant, dans un objectif d'optimisation de la durée vie et de la fiabilité des structures, le besoin d'une représentation réaliste de l'historique et des incertitudes matériau est grandissant. Ceci constitue le ressort des travaux présentés dans ce mémoire. Un modèle d’endommagement prenant en compte l’historique de chargement est sélectionné et calibré à partir de courbes SN probabilistes. Son coût numérique est réduit par la mise en place de métamodèles. Il en résulte deux approches numériques prenant en compte la variabilité matériau. La première permet d’estimer l’évolution de la probabilité de défaillance au cours du temps lors du dimensionnement de structures. La seconde permet d’estimer l’instant auquel la probabilité de défaillance dépasse une valeur critique et peut servir d’aide à la planification des opérations de maintenance. Ces deux approches sont appliquées sur un cas d’étude réel : la station de mesures.