Les principaux objectifs des opérateurs ferroviaires visent à accroître la sécurité, réduire les coûts d’exploitation et de maintenance et augmenter l’attractivité et les bénéfices du transport ferroviaire en offrant de nouveaux services aux passagers. Ceci ne pourra être atteint que grâce à la multiplication des échanges de données entre les différents acteurs du monde ferroviaire. L’interopérabilité, l’efficacité spectrale, l’optimisation de l’usage des ressources radio et l’amélioration de la fiabilité des communications sont des exigences fortes pour les applications de télécommunication ferroviaires. Les recherches dans le domaine de la radio cognitive ont vu le jour afin de répondre aux besoins de communication de l’armée ainsi qu’aux besoins dans les secteurs de la sécurité publique. Ces domaines partagent souvent les mêmes exigences que les chemins de fers. Ainsi, la radio cognitive a montré un potentiel prometteur pour répondre aux besoins listés précédemment. Une des principales fonctionnalités d’un dispositif de radio cognitive est de prendre conscience de son environnement radioélectrique et de détecter les bandes disponibles. Trois principaux éléments définissent l’environnement de la radio cognitive : l’utilisateur, les règles d’accès au spectre radio et les domaines radio. Cette thèse met en avant plusieurs contributions relatives à la reconnaissance de l’environnement radiofréquence et la détection de bandes libres. Plus spécifiquement, ces contributions portent sur la reconnaissance par la radio cognitive de l’occupation du spectre et de la modulation des signaux présents dans les bandes analysées. Ces fonctions ont été conçues pour le contexte ferroviaire, c’est-à-dire la grande vitesse et un environnement électromagnétique difficile en présence de bruit impulsif. / An essential goal of railway operators is to increase safety, reduce operation and maintenance costs, and increase attraction and profit by offering new services to passengers. These objectives will be reached thanks to a huge increase of data fluxes exchanges between railways stakeholders and infrastructures.Interoperability, spectral efficiency, optimization of radio resource usages, and improvement of communications reliability are of significant interest for railway applications. The Cognitive Radio (CR) research has been successfully applied to meet the communication needs of the military as well as the public-safety sectors, which share many of the same needs as railway. CRs have shown significant promise to answer all of the previously listed requirements. One of the main capabilities of a CR device is to sense and finally become aware of its environment. Three major domains define the environment of the CR, namely, the user, policy, and radio domains. This thesis highlights several contributions to radio environment awareness of a CR device. More specifically, these contributions lie in the spectrum awareness and waveform awareness functions of the CR. We designed these functions for the railways context, that is, a high speed vehicular context, besides difficult electromagnetic environments resulting a heavy-tailed impulsive noise.