Les équipements mobiles deviennent une partie intégrale de notre vie numérique. Ces équipements interagissent avec l'infrastructure des réseaux cellulaires et leur activité est enregistrée pour des buts de facturation et monitoring sous forme de données de trafic mobile. Les travaux menés dans cette thèse se focalisent sur le potentiel que portent ces données pour l'amélioration des réseaux cellulaires futurs. D'une part, on montre que les données mobiles permettent de construire des profils spatio-temporels typiques de l'utilisation des réseaux cellulaires en environnement urbain. Cette analyse permet aussi la détection des comportements atypiques dans le réseau qui sont liés à des événements spéciaux. D'autre part, on montre que les données mobiles constituent un élément méthodologique important pour l'évaluation des solutions réseaux. Dans ce sens, on propose un mécanisme pour réduire la consommation énergétique des infrastructures cellulaires, en contrôlant la puissance sur le réseau d'accès à différents moments de la journée, tout en assurant la couverture géographique du réseau. On exploite aussi ces données pour évaluer les gains apportés par une nouvelle architecture de réseau d'accès, basée sur la virtualisation d'une partie du réseau et sa centralisation dans un cloud. Nos résultats montrent que cette architecture est bénéfique du point de vue des messages de signalisation, notamment pour les utilisateurs mobiles. / Mobile devices are becoming an integral part of our everyday digitalized life. In 2014, the number of mobile devices, connected to the internet and consuming traffic, has even exceeded the number of human beings on earth. These devices constantly interact with the network infrastructure and their activity is recorded by network operators, for monitoring and billing purposes. The resulting logs, collected as mobile traffic datasets, convey important information concerning spatio-temporal traffic dynamics, relating to large populations with millions of individuals. The thesis sheds light on the potential carried by mobile traffic datasets for future cellular networks. On one hand, we target the analysis of these datasets. We propose a usage patterns characterization framework, capable of defining meaningful categories of mobile traffic profiles and classifying network usages accordingly. On the other hand, we exploit mobile traffic datasets to evaluate two dynamic networking solutions. First, we focus on the reduction of energy consumption over typical Radio Access Networks (RAN). We introduce a power control mechanism that adapts the RAN's power configuration to users demands, while maintaining a geographical coverage. We show that our scheme allows to significantly reduce power consumption over the network infrastructure. Second, we study the problem of topology management of future Cloud-RAN (C-RAN). We propose a mobility-driven dynamic association scheme of the C-RAN components, which takes into account users traffic demand. The introduced strategy is observed to lead to important savings in the network, in terms of handovers.