Dans ce mémoire de thèse, on étudie le morphisme de monoïde $mu$du monoïde libre sur l'alphabet des entiers $nb$,`a valeurs dans le groupe modulaire $PSL_2(zb)$,considéré comme monoïde, défini pour tout entier $a$ par $mu(a)=begin{pmatrix} 0 & -1 1 & a+1 end{pmatrix}.$Les nombres de Catalan apparaissent naturellement dans l'étudede sous-ensembles du noyau de $mu$.Dans un premier temps, on met en évidence deux systèmes de réécriture, l'un sur l'alphabet fini ${0,1}$, l'autresur l'alphabet infini des entiers $nb$ et on montreque ces deux systèmes de réécriture définissent des présentations de monoïde de $PSL_2(zb)$ par générateurs et relations.Par ailleurs, on introduit le morphisme d'indice associé `a l'abélianisé du rev^etement universel de $PSL_2(zb)$,le groupe $B_3$ des tresses `a trois brins. Interprété dans deux contextes différents,le morphisme d'indice est associé au nombre de "demi-tours".Ensuite, dans les quatrième et cinquième parties, on dénombre des sous-ensembles du noyau de $mu_{|{0,1}}$ etdu noyau de $mu$, bigradués par la longueur et l'indice. La suite des nombres de Catalan et d'autres diagonales du triangle de Catalan interviennentsimplement dans les résultats.Enfin, on présente l'origine géométrique de cette étude : on explicite le lien entre l'objectif premier de la thèse qui était l'étudedes polygones convexes entiers d'aire minimale et notre intéret pour le monoïde engendré par ces matrices particulières de $PSL_2(zb)$. / In this thesis, we study a morphism of mono"id $mu$ between the free mono"id on the alphabet of integers $nb$and the modular group $PSL_2(zb)$ considered as a mono"id, defined for all integer $a$by $mu(a)=begin{pmatrix} 0 & -1 1 & a+1 end{pmatrix}.$ The Catalan Numbers arised naturally in the study ofsubsets of the kernel of the morphism $mu$.Firstly, we introduce two rewriting systems, one on the finite alphabet ${0,1}$, and the other on the infinite alphabet of integers $nb$. We proove that bothof these rewriting systems defines a mono"id presentation of $PSL_2(zb)$ by generators and relations.On another note, we introduce the morphism of loop associated to the abelianised of the universal covering group of $PSL_2(zb)$, the group $B_3$ ofbraid group on $3$ strands. In two different contexts, the morphism of loop is associated to the number of "half-turns".Then, in the fourth and the fifth parts, we numerate subsets of the kernel of $mu_{|{0,1}}$ and of the kernel of $mu$,bi-graduated by the morphism of lengthand the morphism of loop. The sequences of Catalan numbers and other diagonals of the Catalan triangle come into the results.Lastly, we present the geometrical origin of this research : we detail the connection between our first aim,which was the study of convex integer polygones ofminimal area, and our interest for the mono"id generated by these particular matrices of $PSL_2(zb)$.

Cette thèse se compose de plusieurs travaux portant sur l'énumération et le comportement asymptotique de structures combinatoires apparentées aux partitions d'entiers. Un premier travail s'intéresse aux partitions d'entiers bipartites, qui constituent une généralisation bidimensionnelle des partitions d'entiers. Des équivalents du nombre de partitions sont obtenus dans le régime critique où l'un des entiers est de l'ordre du carré de l'autre entier et au delà de ce régime critique. Ceci complète les résultats établis dans les années cinquante par Auluck, Nanda et Wright. Le deuxième travail traite des chaînes polygonales à sommets entiers dans le plan. Pour un modèle statistique introduit par Sinaï, une représentation intégrale exacte de la fonction de partition est donnée. Ceci conduit à un équivalent du nombre de chaînes joignant deux points distants qui fait intervenir les zéros non triviaux de la fonction zêta de Riemann. Une analyse combinatoire détaillée des chaînes convexes est présentée. Elle permet de montrer l'existence d'une forme limite pour les chaînes convexes aléatoires ayant peu de sommets, répondant ainsi à une question ouverte de Vershik. Un troisième travail porte sur les zonotopes à sommets entiers en dimension supérieure. Un équivalent simple est donné pour le logarithme du nombre de zonotopes contenus dans un cône convexe et dont les extrémités sont fixées. Une loi des grands nombres est établie et la forme limite est caractérisée par la transformée de Laplace du cône. / This thesis consists of several works dealing with the enumeration and the asymptotic behaviour of combinatorial structures related to integer partitions. A first work concerns partitions of large bipartite integers, which are a bidimensional generalization of integer partitions. Asymptotic formulæ are obtained in the critical regime where one of the numbers is of the order of magnitude of the square of the other number, and beyond this critical regime. This completes the results established in the fifties by Auluck, Nanda, and Wright. The second work deals with lattice convex chains in the plane. In a statistical model introduced by Sinaï, an exact integral representation of the partition function is given. This leads to an asymptotic formula for the number of chains joining two distant points, which involves the non trivial zeros of the Riemann zeta function. A detailed combinatorial analysis of convex chains is presented. It makes it possible to prove the existence of a limit shape for random convex chains with few vertices, answering an open question of Vershik. A third work focuses on lattice zonotopes in higher dimensions. An asymptotic equality is given for the logarithm of the number of zonotopes contained in a convex cone and such that the endings of the zonotope are fixed. A law of large numbers is established and the limit shape is characterized by the Laplace transform of the cone.