Dans cette thèse, le compromis entre la consommation d'énergie et le délai dans les réseaux de capteurs sans fil est étudié en exploitant efficacement les liens non fiables. Nous proposons une métrique de l'efficacité énergétique et une métrique de délai moyenne qui sont combinés avec le modèle de lien radio à erreur. En utilisant ces deux métriques et un modèle réaliste de lien radio, nous déduisons la limite inférieure et le front de Pareto du compromis Energie-Délai sont calculés pour trois types de systèmes de communication: la communication multi-saut traditionnelle, la communication opportuniste et la communication coopérative MIMO (CMIMO) dans trois différents canaux: le canal a bruit additif blanc Gaussien, le canal a évanouissements rapides de Rayleigh et le canal a évanouissement de Rayleigh par blocs. Les expressions de ces limites faibles sont obtenues et vérifiées par des simulations bidimensionnelles de réseaux de capteurs distribués aléatoirement. Sur la base de l'expression de la borne inférieure du compromis Energie-Délai, un cadre multi-couche est fourni pour optimiser les paramètres des couches physique, MAC et routage sous contrainte de délai. Les résultats obtenus montrent que pour parvenir à une meilleure performance Energie-Délai, les mécanismes de communication suivants devraient être adoptés selon le type de canal : les communications multi-saut traditionnelles sont les plus performantes pour le canal à bruit additif blanc Gaussien, alors que les communications opportunistes le sont pour les canaux à évanouissements de Rayleigh par blocs et enfin le CMIMO pour les canaux à évanouissements rapides de Rayleigh.