Cette thèse porte sur l'étude de la transition d'après-midi (TA) de la couche limite atmosphérique (CLA). La TA est une période complexe du cycle diurne, de par son manque de stationnarité et parce qu'elle est régie par un ensemble de forçages qui faiblissent et dont les rôles respectifs changent par rapport à ce qu'ils ont pu être durant la période convective. Il résulte une moins bonne compréhension de cette période que des régimes quasi-stationnaires convectifs, neutres ou stables. La TA pourrait conditionner l'établissement du brouillard nocturne, influencer le développement de la couche limite du lendemain et être une phase clé du cycle diurne pour la ventilation des espèces en trace vers l'atmosphère libre. Par conséquent, de meilleures description et compréhension de la TA pourraient améliorer les modèles météorologiques et de qualité de l'air. Les principaux objectifs de la thèse ont été de mieux comprendre comment la turbulence décroît pendant la TA en mettant l'accent sur l'évolution de la structure verticale de la turbulence lorsque les transferts d'énergie en surface diminuent progressivement, et sur le rôle que joue la surface à ce moment particulier du cycle diurne. Le projet international BLLAST (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence) a servi de cadre à cette thèse. La campagne de mesures qui s'est déroulée en été 2011 sur le Plateau de Lannemezan, au nord de la chaîne Pyrénéenne, a fourni les nombreuses observations utilisées dans cette thèse. Une approche complémentaire aux observations est l'utilisation d'un modèle atmosphérique permettant de résoudre explicitement les échelles de la turbulence (LES). / This thesis focuses on the afternoon transition (AT) of the atmospheric boundary layer (ABL). This transitional period is complex, because it is non-stationary and most of the forcings, though smaller than during the previous convective period, may come into play. Thus, this transitional period is less understood than the quasi-stationary convective, neutral or stable regimes. Yet, the AT could impact on the nocturnal fog set up, influence the boundary-layer development on the following day and play a crucial role in the transport and dispersion of pollutants and trace species towards the free troposphere. Therefore, a better understanding of the AT could improve the meteorological models. One of the main objectives of the thesis is to improve the knowledge of the decay of turbulence during the AT, when the surface energy transfers are gradually decreasing. We especially put emphasis on the evolution of the ABL turbulence vertical structure. This work is in the core of the BLLAST (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence) international project. A field campaign took place in summer 2011 in France, on the northern side of the Pyrenean foothills (at "Plateau de Lannemezan"), providing numerous observations used in the thesis. In addition, we also used a Large-Eddy Simulation (LES) with which the turbulent scales can be explicitly resolved. Thanks to this approach, the evolution during the AT of the scale definitions, scaling laws, turbulence characteristics and of the role of the boundary layer processes are now better understood. Thanks to the set of observations, an overview of the BLLAST ATs has been done, according to the various meteorological conditions as well as the structure and evolution of the mean and turbulence structure of the ABLs. A large variability of the AT duration was observed, depending on the surface characteristics and atmospheric conditions. The evolution of the turbulent characteristics during the AT has been studied at the surface and higher in the ABL by means of aircraft measurements and LES data. The study points out the LES ability to reproduce the turbulence evolution throughout the afternoon.