Cette thèse porte sur l'étude du problème de tournées de véhicules compartimentés (Multi-Compartment Vehicle Routing Problem ou MC-VRP) dans le contexte de l'industrie de la nutrition animale. Les travaux de recherche et d'application sont concentrés sur la distribution dans le domaine agroalimentaire.En dépit d'une large application industrielle, les problèmes de MC-VRP ont été peu étudiés dans la littérature scientifique. Trois variantes du MC-VRP sont traitées dans cette thèse. D'une part, nous proposons les algorithmes "Greedy Randomized Adaptive Search Procedure" (GRASP) et "Iterated Local Search procedure" (ILS) pour résoudre le MC-VRP avec un compartiment de taille fixe dédié à chaque produit. Une extension de ce problème à des compartiments de tailles variables (Flexible Compartments Vehicle Routing Problem ou FC-VRP) est également résolue. D'autre part, nous proposons un GRASP et un Multi Start ILS pour la résolution du MC-VRP avec décisions d'affectation de chaque compartiment à un client et un produit.En dernier lieu, des travaux d'application industrielle sont présentés. Des tests d'évaluation de performances ont été réalisés dans un contexte de distribution d'aliments au bétail chez la société Nestal. Des outils d'aide à la décision ont été développés et mis en place dans cette société / This research concerns solving the Multi-Compartment Vehicle Routing Problem (MC-VRP) in the context of animal nutrition industry. Research and application work focuses on distribution in food industry.Despite its vast application in industry, little attention has been paid to the MC-VRP. We address three classes of MC-VRP in this research. Firstly, we propose two metaheuristics, "Greedy Randomized Adaptive Search Procedure" (GRASP) and "Iterated Local Search procedure" (ILS), in order to solve a MC-VRP with a fixed-sized compartment dedicated to each product. Also, an extension of this problem to variable-sized compartments which we call Flexible Compartments Vehicle Routing Problem (FC-VRP) is studied. Further, we propose a GRASP and a Multi Start ILS to solve a MC-VRP problem with assignment decisions of each compartment to one client and one product. Finally, some application work is presented. Experiments intended to measure performance in the context of food distribution to cattle were conducted for Nestal company. Decision support tools had been developed and implemented for this company