Les travaux sur la gestion des services web utilisent généralement des techniques du domaine de la recherche d'information, de l'extraction de données et de l'analyse linguistique. Alternativement, nous assistons à l'émergence de la modélisation thématique probabiliste utilisée initialement pour l'extraction de thèmes d'un corpus de documents. La contribution de cette thèse se situe à la frontière de la modélisation thématique et des services web. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier et de proposer des algorithmes probabilistes pour modéliser la structure thématique des services web. Dans un premier temps, nous considérons une approche non supervisée pour répondre à différentes tâches telles que la découverte et le regroupement de services web. Ensuite, nous combinons la modélisation thématique avec l'analyse de concepts formels pour proposer une méthode de regroupement hiérarchique de services web. Cette méthode permet une nouvelle démarche de découverte interactive basée sur des opérateurs de généralisation et spécialisation des résultats obtenus. Enfin, nous proposons une méthode semi-supervisée pour l'annotation automatique de services web. Nous avons concrétisé nos propositions par un moteur de recherche en ligne appelé WS-Portal. Nous offrons alors différentes fonctions facilitant la gestion de services web, par exemple, la découverte et le regroupement de services web, la recommandation des tags, la surveillance des services, etc. Nous intégrons aussi différents paramètres tels que la disponibilité et la réputation de services web et plus généralement la qualité de service pour améliorer leur classement (la pertinence du résultat de recherche). / The works on web services management use generally the techniques of information retrieval, data mining and the linguistic analysis. Alternately, we attend the emergence of the probabilistic topic models originally developed and utilized for topics extraction and documents modeling. The contribution of this thesis meets the topics modeling and the web services management. The principal objective of this thesis is to study and propose probabilistic algorithms to model the thematic structure of web services. First, we consider an unsupervised approach to meet different tasks such as web services clustering and discovery. Then we combine the topics modeling with the formal concept analysis to propose a novel method for web services hierarchical clustering. This method allows a novel interactive discovery approach based on the specialization and generalization operators of retrieved results. Finally, we propose a semi-supervised method for automatic web service annotation (automatic tagging). We concretized our proposals by developing an on-line web services search engine called WS-Portal where we incorporate our research works to facilitate web service discovery task. Our WS-Portal contains 7063 providers, 115 sub-classes of category and 22236 web services crawled from the Internet. In WS- Portal, several technologies, i.e., web services clustering, tags recommendation, services rating and monitoring are employed to improve the effectiveness of web services discovery. We also integrate various parameters such as availability and reputation of web services and more generally the quality of service to improve their ranking and therefore the relevance of the search result.