Ce mémoire s'intéresse à l'analyse de dynamiques de séries temporelles observées en cardiologie. La solution proposée se décompose en deux étapes. La première consiste à extraire l'information utile en segmentant chaque battement cardiaque à l'aide d'une décomposition en ondelettes, adaptée de la littérature. Le problème difficile de l'optimisation des seuils et des fenêtres temporelles est résolu à l'aide d'algorithmes évolutionnaires. La deuxième étape s'appuie sur les modèles Semi-Markovien Cachés pour représenter les séries temporelles composées de l'ensemble des variables extraites. Un algorithme de classification non-supervisée est proposé pour retrouver les groupements naturels. Appliquée à la détection des épisodes ischémiques et à l'analyse d'ECG d'efforts de patients atteints du syndrome de Brugada (pour la distinction des patients symptomatiques et asymptomatiques), la solution proposée montre des performances supérieures aux approches plus traditionnelles.