Pour qualifier un instrument, il est possible de proposer des caractérisations acoustiques et vibratoires permettant de quantifier objectivement des différences entre instruments. Le choix des grandeurs pertinentes pour mener à bien ce travail de caractérisation est l'objectif central de la thèse. Le travail concerne essentiellement la guitare et le violon et s'intègre au projet ANR PAFI (Plateforme d'Aide à la Facture Instrumentale) qui prévoit le développement d'outils permettant au luthier d'orienter ses choix lorsqu'il conçoit, fabrique et fait évoluer un instrument. Pour cela, une méthodologie permettant l'identification de propriétés vibratoires de structures mécaniques, qu'ils s'agissent d'instruments de musique ou non est détaillée. Elle s'appuie d'une part sur l'estimation de la densité modale en moyennes fréquences, à l'aide d'une méthode haute résolution, la méthode ESPRIT, et d'autre part sur la théorie de la valeur moyenne de Skudrzyk pour estimer les paramètres caractéristiques de structures se comportant comme des plaques ou des coques minces. L'étude montre que la méthodologie est applicable tant que le facteur de recouvrement modal reste inférieur à 100 %. Des applications à des données expérimentales et simulées montrent que la méthode permet de discriminer des panneaux au moyen des valeurs des masses et raideurs équivalentes. Par ailleurs, la méthode ne requiert que très peu de points de mesures, et un matériel expérimental simple, ce qui rend la procédure abordable et utilisable par un luthier directement en atelier. L'application de la méthode à la guitare révèle que son comportement vibratoire au chevalet en moyennes fréquences est similaire à celui d'une plaque. L'instrument est alors caractérisé par quelques macroparamètres correspondant aux paramètres caractéristiques d'une plaque équivalente : masse, raideur, mobilité moyenne. Deux types de guitares, des instruments haut de gamme fabriqués par des luthiers et des instruments d'étude produits industriellement, sont clairement discriminés à l'aide des valeurs de ces macroparamètres. Une étude détaillée de la mobilité au chevalet, de la densité modale de violon, et des caractéristiques spectrales des sons de violon en situation de jeu, permet de lier des caractéristiques communes à ces trois grandeurs: l'existence de formants dans les sons de violon est établi en procédant à l'analyse spectrale de glissandi. Ces formants sont associés à des pics de la mobilité moyenne mesurée au chevalet. L'examen de la densité modale suggère que le premier pic, situé généralement entre 500 et 1000 Hz, et variable d'un violon à l'autre, est dû à la courbure de la table d'harmonie. Les méthodes développées sont illustrées à travers des exemples d'applications à des problématiques rencontrées en lutherie, mais également par des musiciens.