La métropolisation, qui touche de vastes espaces urbains à travers le monde, amplifie certaines caractéristiques de la ville. La concentration des hommes et des fonctions, l'intensité des flux et les recompositions morphologiques et territoriales engendrées par la métropolisation bouleversent les schémas traditionnels de la ségrégation résidentielle. Cette thèse s'interroge précisément sur le lien existant entre la métropolisation et la ségrégation, deux processus complexes dont les interactions suscitent depuis vingt ans de vifs débats. Cette recherche défend l'idée que le contexte métropolitain dans lequel s'articulent désormais les dynamiques résidentielles nécessite de dépasser les approches traditionnelles en proposant de nouveaux protocoles d'étude et de modélisation de la ségrégation. Ces enjeux méthodologiques sont relevés en proposant, en premier lieu, un ensemble de traitements statistiques établi sur un certain nombre de populations cible permettant une rétrospective approfondie des dynamiques résidentielles et ségrégatives au cours des vingt dernières années au sein de la région Provence-Alpes-Côte d'Azur (PACA). Ces traitements aboutissent à une évaluation synthétique de la ségrégabilité, définie comme un potentiel de ségrégation, estimée pour chaque commune du champ d'étude. Dans une seconde phase, les réseaux bayésiens sont utilisés pour produire un modèle causal probabiliste des dynamiques ségrégatives au sein d'un sous-espace métropolitain de la région PACA. L'outil permet de générer trois scénarios dont la cartographie des résultats précise la ségrégabilité future de chaque commune de la métropole provençale. / Affecting the largest urban areas around the world, the metropolitan process exacerbates some features of the city. Massing populations, flows and functions, the morphological and territorial restructuring caused by the metropolitan process upsets the traditional patterns of residential segregation. The aim of this research is to investigate the link between the emergence of metropolitan areas and residential segregation. Both are complex processes and their links have given rise to twenty years of intense debate. This research argues that new analysis and modelling protocols of residential segregation are now necessary to integrate the impact of the metropolitan context on residential dynamics. We first propose a set of statistical treatments established on five target populations for a retrospective analysis of segregation and residential dynamics over the past twenty years in the Provence-Alpes-Côte d'Azur (PACA) region. We also propose to define a segregation potential, called segregability, for each municipality of the PACA region, as a synthetic and dynamic evaluation of segregation. In a second phase, we use Bayesian Networks (BN) to produce a causal probabilistic modelling of metropolitan segregation for every municipality within a metropolitan area. Simulations can generate three spatial scenarios for future development of residential gentrification in the Provence Metropolitan Area.