Les nouveaux enjeux environnementaux motivent la recherche par les acteurs de l'industrie aéronautique de méthodes de calcul de trajectoires optimales. Les contributions de cette thèse se déclinent selon trois axes. Dans un premier temps, plusieurs techniques d'optimisation de trajectoire avion sont comparées sur un cas simple traité dans la bibliographie universitaire. Puis, un modèle réduit pour prendre en compte le niveau des nuisances sonores dans un algorithme d'optimisation de trajectoire est proposé.Enfin, un problème d'optimisation de trajectoire de montée d'un avion civil est résolu par une approche directe. Les spécificités du problème consistent en la présence de plusieurs phases au sein de la trajectoire, la formulation de contraintes égalités à vérifier par des composantes du vecteur d'état sur des intervalles de temps et enfin la difficulté d'intégration numérique du modèle de bruit. / Forthcoming environmental challenges stimulate the development of trajectory optimization methods by aeronautical actors. This contribution consists in three parts. First, several trajectory optimization techniques are compared. The comparison is based on a simple academic problem. After that, a model is proposed for considering noise nuisance level in the framework of trajectory optimization. Finally, the optimization problem of an ascent phase of a civil aircraft is solved using a direct approach. The specific issues of the problem are tackled with a general formulation. They consist in the presence of several phases along the trajectory, running state equality constraints and tough numerical integration of the noise model.