Le problème étudié dans cette thèse est le contrôle d'un système DOC (Diesel Oxidation Catalyst) tel qu'utilisé dans les systèmes de dépollution des gaz d'échappements des moteurs Diesel automobiles. Ce système est par nature un système à paramètres distribués en raison de sa géométrie allongée parcourue par un flux gazeux en contact avec un catalyseur réparti. Après avoir étudié expérimentalement ce système, nous avons décidé de prendre en compte cette nature répartie, qui comme on le montre, se retrouve également dans les autres systèmes de dépollution (filtres à particules, pièges à NOx, SCR). Une première contribution du manuscrit consiste en un modèle, dit modèle pour le contrôle, du système DOC. Celui-ci est obtenu par des simplifications successives, justifiées expérimentalement (observations, estimations des ordres de grandeurs) ou mathématiquement (développements asymptotiques, changements de variables). Ce modèle permet de rendre compte de la complexité de la réponse de la température de sortie du DOC à des variations des grandeurs d'entrée. En particulier, les effets de réponses inverses et de retards sont bien représentés. Une seconde contribution est un ensemble d'algorithmes de contrôle (feedback, feedforward, et synchronisation) permettant de maîtriser les phénomènes thermiques dans le DOC. Ces deux contributions ont été testées expérimentalement et validées. En conclusion, les performances obtenues sont évaluées. En résumé, en utilisant l'approche présentée dans ce manuscrit, il est possible de contrôler, en conditions réelles, la température de sortie du DOC à +/- 15 degrés.