Cette thèse porte sur l'analyse de l'endommagement par fatigue et optimisation fiabiliste des structures soumises à des vibrations aléatoires. Le but de l'optimisation fiabiliste est de trouver le compromis entre le coût et la fiabilité. Plusieurs méthodes, telles que la méthode hybride et la méthode OSF ont été développées. Ces méthodes ont été appliquées dans des cas statiques et certains cas dynamiques spécifiques. Dans la réalité les structures sont soumises à des vibrations aléatoires qui peuvent provoquer un endommagement par fatigue. Dans cette thèse on présente la stratégie numérique de calcul de l'endommagement par fatigue dans le domaine fréquentiel et on propose une extension des méthodes RBDO dans le cas des structures soumises à des vibrations aléatoires. Aussi, une méthode RHM est développée. Enfin,une application industrielle qui porte sur la modélisation de la partie mécanique du banc HALT est présenté. / This thesis deals with the fatigue damage analysis and reliability-based design optimization (RBDO) of structures under random vibrations. The purpose of an RBDO method is to find the best compromise between cost and safety. Several methods, such as Hybrid method and OSF method have been developed. These methods have been applied in static cases and some specific dynamic cases. In fact, structures are subject to random vibrations which can cause a fatigue damage. In this thesis we present the strategy of calculation of the fatigue damage based on the Sines criterion in the frequency domain developed in our laboratory. Then, an extension of the RBDO methods in the case of structures subjected to random vibrations is proposed. Also, an RHM method is developed. Finally, we present an industrial application where we propose a model of the mechanical part of the HALT chamber.