La construction d'une grande infrastructure ferroviaire peut-elle devenir une occasion pour (re)structurer le territoire traversé ? Cette question est à la base de la réflexion menée dans ce travail. Plus précisément, la thèse défendue peut être ainsi formulée : une grande infrastructure (dans ce cas le projet et la construction de la ligne ferroviaire à grande vitesse entre Lyon, Turin et Milan), sous certaines conditions (analysées dans la thèse), peut représenter une occasion pour redonner une structure plus cohérente à un territoire par le biais de l'articulation interscalaire et interdisciplinaire des réflexions sur la planification et des actions de projet sur le territoire même. L'état des lieux autour de la thématique de la grande vitesse ferroviaire et de son possible contexte territorial met en avant les domaines principaux de la littérature scientifique qui se sont occupés de cet argument (économie, géographie, sciences sociales et humaines). Cette thèse essaye de croiser plusieurs disciplines, mais en abordant la question d'un point de vue différent, celui de la planification territoriale et urbaine, puisque les thématiques traitées par la géographie des transports (accessibilité, rugosité, vitesse, nodalité, reticularité, etc.) ne semblent pas expliquer suffisamment les interactions à différentes échelles entre infrastructure et territoire. En interrogeant plans et projets, ainsi que des « expérimentations projectuelles » élaborées dans une démarche de research by design, cette thèse analyse les points de convergence entre le domaine des transports ferroviaires et celui de la planification durable du territoire et de la ville. / Can the construction of a big railway infrastructure become the occasion for (re)structuring the territory passed through? This is the base question of the reflection developed in this manuscript. More precisely, the thesis that we propose may be reformulated as follows: the realization of a big infrastructure (in our case the design of the high-speed railway between Lyon, Turin and Milan) can be the occasion to give the interested territory a more coherent structure by approaching the territorial planning in an inter-scalar and inter-disciplinary way. The analysis of the state of the art of the subjects of the high speed railway and of its territorial context may evidence, from time to time, one or another of the scientific domains that dealt with this topic (economy, geography, social and human sciences, etc.). This thesis tries to intersect multiple disciplines, but approaching the matter from a different point of view: that of urban and territorial planning. Indeed, the themes treated by the transportation geography do not seem able to explain sufficiently well the interactions between infrastructure and territory at all the different scales. By analyzing plans and projects as well as some « design experiments » elaborated with a research-by-design approach, we try to discuss in this manuscript the points of convergence between the domain of the railway transports and that of the sustainable planning of the territory and of the city.