Les opérateurs de télécommunications se doivent de maîtriser et d'évaluer la qualité des services qu'ils offrent à leurs clients, dans un contexte en perpétuelle évolution. Comme alternative rapide et à moindre coût aux évaluations fondées sur l'interrogation d'utilisateurs, des outils de mesure ont été développés, qui intègrent des modèles permettant de prédire la qualité perçue. Cette thèse avait pour but de concevoir un outil de diagnostic de qualité vocale (applicable aux services de téléphonie), complémentaire à de tels modèles objectifs, afin d'obtenir des informations spécifiques sur la nature des défauts présents sur le signal audio et d'orienter vers des causes potentielles de ces défauts. En partant de l'hypothèse que la qualité vocale est multidimensionnelle, nous avons fondé l'outil de diagnostic sur la modélisation des quatre dimensions identifiées dans la littérature : la Bruyance, représentative des bruits de fond, la Continuité, relative à la perception des discontinuités dans le signal, la Coloration, liée aux distorsions du spectre de la voix, et la Sonie, traduisant la perception du niveau sonore. Chacune de ces dimensions est quantifiée à l'aide d'indicateurs de qualité issus de l'analyse du signal audio. Notre démarche a consisté, dans un premier temps, à rechercher dans des modèles objectifs récents (notamment la norme P.863 de l'UIT-T) des indicateurs de qualité et à en développer d'autres pour caractériser parfaitement chaque dimension. S'est ensuivie une étude de performances de ces indicateurs, les plus pertinents devant être intégrés dans notre outil de diagnostic. Finalement, pour chaque dimension, nous avons développé un module de classification automatique de défauts perçus en fonction de la nature du défaut identifié dans le signal, ainsi qu'un module supplémentaire estimant l'impact du défaut sur la qualité vocale. L'outil proposé couvre les trois bandes audio (bande étroite, bande élargie et bande super-élargie) couramment utilisées dans les systèmes de télécommunications avec, toutefois, une priorité pour les signaux en bande super-élargie, plus représentatifs des contenus audio qu'on sera amené à rencontrer dans les futurs services de télécommunications. / Quality of service is a huge issue for telecommunications operators since they have to master and evaluate it in order to satisfy their customers. To replace expensive and time-consuming human judgment methods, objective methods, integrating objective models providing a prediction of the perceived quality, have been conceived. Our research aimed at developing a technical diagnostic method, complementary to objective voice quality models, which provides specific information about the nature of the perceived voice quality impairments and identifies the underlying technical causes. Assuming that speech quality is a multidimensional phenomenon, our technical diagnostic method is built on the modelling of the four perceptual dimensions identified in the literature: “Noisiness” relative to the perceived background noise, “Continuity” linked to discontinuity, “Coloration” related to frequency–response degradations and “Loudness” corresponding to the impact of the speech level, each one being quantified by quality degradation indicators based on audio signal analysis. A crucial step of our research was to find and/or to develop relevant quality degradation indicators to perfectly characterize each dimension. To do so, we identified quality degradation indicators in the most recent objective voice quality models (particularly the ITU-T P.863 recommendation, known as POLQA) and we analysed the performance of identified indicators. Then, the most relevant indicators have been considered in our diagnostic method. Finally, for each dimension, we proposed a detection block which automatically classifies a perceived degradation according to the nature of the defect detected in the audio signal, and an additional block providing information about the impact of degradations on speech quality. The proposed technical diagnostic method is designed to cover three bandwidths (Narrowband, Wideband and Super Wideband) used in telecommunications systems with a priority investigation to Super Wideband speech signals which remain very useful for future telephony applications.