Ce travail de thèse porte sur l'identification des désintégrations sans charme de mésons beaux neutres en trois corps dont un $\pi^0$ ($B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$) en analysant l'échantillon de données de 1.0 fb$^{-1}$ collecté en 2011 par l'expérience LHCb au LHC. Ces modes sont sensibles aux paramètres de la matrice CKM et permettent de tester certaines prédictions du Modèle Standard liées à la violation de CP. Plusieurs d'entre eux, tels que $B_s^0 \to K^-\pi^+\pi^0$ et $B_s^0 \to K^+K^-\pi^0$, n'ont pas été observés précédemment. Il s'agit de la première analyse avec des $\pi^0$ énergétiques dans LHCb. Pour évaluer les performances du détecteur relatives au $\pi^0$, des désintégrations $D^{*+} \to D^0 ( \to K^- \pi^+ \pi^0 ) \pi^+$ ont été sélectionnées. Un échantillon de pions neutres relativement pur et de grande statistique a ainsi pu être extrait. Il est utilisé pour étudier leur étalonnage en énergie ainsi que l'efficacité de l'outil de séparation $\pi^0 / \gamma$ de l'expérience. Les désintégrations radiatives constituent en effet le bruit de fond le plus dangereux pour l'étude des modes $B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$. Pour sélectionner les événements $B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$, un algorithme dédié a été mis en place au niveau du système de déclenchement. Il complète les sélections en ligne standards et permet d'augmenter significativement l'efficacité. Sur les événements enregistrés, les bruits de fond évidents, issus principalement de désintégrations de mésons charmés, sont rejetés en appliquant des critères simples. L'échantillon est alors purifié davantage en utilisant une analyse multivariée. Enfin, les informations des détecteurs Cherenkov permettent de séparer les états finals $\pi^+\pi^-\pi^0$, $K^{\pm}\pi^{\mp}\pi^0$ et $K^+K^-\pi^0$. Un ajustement simultané des spectres de masse reconstruite du méson beau dans les trois sous-échantillons est utilisé pour extraire les nombres d'événements de signal. Il tient compte des différents bruits de fond restants ainsi que des migrations du signal d'un sous-échantillon à l'autre. Les contributions des modes $B^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0$, $B^0 \to K^+\pi^-\pi^0$ et $B_s^0 \to K^+K^ \pi^0$ sont clairement établies. Il s'agit de la première observation du mode de désintégration $B_s^0 \to K^+K^-\pi^0$.