Un des enjeux majeurs de la Psychologie Cognitive est de décrire les grandes fonctions mentales, notamment chez l’humain. Du point de vue neuroscientifique, il s’agit de modéliser l’activité cérébrale pour en extraire les éléments et mécanismes spatio-temporels susceptibles d’être mis en correspondance avec les opérations cognitives. Le travail de cette thèse a consisté à définir et mettre en œuvre des stratégies originales permettant de confronter les modèles cognitifs existants à des données issues d’enregistrements neurophysiologiques chez l’humain. Dans une première étude nous avons démontré que la distinction entre les organisations classiques de la dénomination de dessin sériel-parallèle, doit être adressée au niveau des essais uniques et non sur la moyenne des signaux. Nous avons conçu et mené l’analyse des signaux SEEG de 15 patients pour montrer que l’organisation temporelle de la dénomination de dessin n’est pas, au sens strict, parallèle. Dans une deuxième étude nous avons combiné trois techniques d’enregistrements : SEEG, EEG et MEG pour clarifier l’organisation spatiale des sources d’activité neuronales. Nous avons établi la faisabilité de l’enregistrement sur un patient qui exécute une tâche de perception visuelle. Au delà des corrélations entre les signaux moyens des trois techniques, cette analyse a révélé des corrélations au niveau des essais uniques. À travers deux approches expérimentales, cette thèse propose de nombreux développements méthodologiques et conceptuels originaux et pertinents. Ces contributions ouvrent de nouvelles perspectives à partir desquelles les signaux neurophysiologiques pourront informer les théories des Neurosciences Cognitives. / A major issue in Cognitive Psychology is to describe human cognitive functions. From the Neuroscientific perceptive, measurements of brain activity are collected and processed in order to grasp, at their best resolution, the relevant spatio-temporal features of the signal that can be linked with cognitive operations. The work of this thesis consisted in designing and implementing strategies in order to overcome spatial and temporal limitations of signal processing procedures used to address cognitive issues. In a first study we demonstrated that the distinction between picture naming classical temporal organizations serial-parallel, should be addressed at the level of single trials and not on the averaged signals. We designed and conducted the analysis of SEEG signals from 5 patients to show that the temporal organization of picture naming involves a parallel processing architecture to a limited degree only. In a second study, we combined SEEG, EEG and MEG into a simultaneous trimodal recording session. A patient was presented with a visual stimulation paradigm while the three types of signals were simultaneously recorded. Averaged activities at the sensor level were shown to be consistent across the three techniques. More importantly a fine-grained coupling between the amplitudes of the three recording techniques is detected at the level of single evoked responses. This thesis proposes various relevant methodological and conceptual developments. It opens up several perspectives in which neurophysiological signals shall better inform Cognitive Neuroscientific theories.