Le but de cette thèse était de conduire des recherches sur la synthèse et transformation expressive de voix chantée, en vue de pouvoir développer un synthétiseur de haute qualité capable de générer automatiquement un chant naturel et expressif à partir d’une partition et d’un texte donnés. 3 directions de recherches principales peuvent être identifiées: les méthodes de modélisation du signal afin de générer automatiquement une voix intelligible et naturelle à partir d’un texte donné; le contrôle de la synthèse, afin de produire une interprétation d’une partition donnée tout en transmettant une certaine expressivité liée à un style de chant spécifique; la transformation du signal vocal afin de le rendre plus naturel et plus expressif, en faisant varier le timbre en adéquation avec la hauteur, l’intensité et la qualité vocale. Cette thèse apporte diverses contributions dans chacune de ces 3 directions. Tout d’abord, un système de synthèse complet a été développé, basé sur la concaténation de diphones. L’architecture modulaire de ce système permet d’intégrer et de comparer différent modèles de signaux. Ensuite, la question du contrôle est abordée, comprenant la génération automatique de la f0, de l’intensité, et des durées des phonèmes. La modélisation de styles de chant spécifiques a également été abordée par l’apprentissage des variations expressives des paramètres de contrôle modélisés à partir d’enregistrements commerciaux de chanteurs célèbres. Enfin, des investigations sur des transformations expressives du timbre liées à l'intensité et à la raucité vocale ont été menées, en vue d'une intégration future dans notre synthétiseur. / This thesis aimed at conducting research on the synthesis and expressive transformations of the singing voice, towards the development of a high-quality synthesizer that can generate a natural and expressive singing voice automatically from a given score and lyrics. Mainly 3 research directions can be identified: the methods for modelling the voice signal to automatically generate an intelligible and natural-sounding voice according to the given lyrics; the control of the synthesis to render an adequate interpretation of a given score while conveying some expressivity related to a specific singing style; the transformation of the voice signal to improve its naturalness and add expressivity by varying the timbre adequately according to the pitch, intensity and voice quality. This thesis provides some contributions in each of those 3 directions. First, a fully-functional synthesis system has been developed, based on diphones concatenations. The modular architecture of this system allows to integrate and compare different signal modeling approaches. Then, the question of the control is addressed, encompassing the automatic generation of the f0, intensity, and phonemes durations. The modeling of specific singing styles has also been addressed by learning the expressive variations of the modeled control parameters on commercial recordings of famous French singers. Finally, some investigations on expressive timbre transformations have been conducted, for a future integration into our synthesizer. This mainly concerns methods related to intensity transformation, considering the effects of both the glottal source and vocal tract, and the modeling of vocal roughness.