Les applications scientifiques d'aujourd'hui, telles les simulations de grands phénomènes naturels, requièrent une grande puissance de calcul ainsi qu'une importante capacité de stockage. Les grilles de calcul apparaissent comme une solution permettant d'atteindre cette puissance par la mise en commun de ressources de différentes organisations. Ces architectures présentent en revanche des caractéristiques rendant leur programmation complexe: elles sont dynamiques, hétérogènes, réparties à grande échelle. Cette thèse s'intéresse aux problématiques liées à la conception d'un service de partage de données pour les grilles de calcul. L'objectif est de permettre un accès transparent aux données, en automatisant la localisation, le transfert, la gestion de la persistance et de la cohérence des données partagées. Nous nous sommes plus particulièrement concentrés sur la gestion de la cohérence et de la persistance des données en environnement dynamique. Dans un tel contexte, assurer la persistance nécessite la mise en place de mécanismes de tolérance aux fautes. Nous proposons une approche pour gérer conjointement ces deux aspects via une architecture logicielle multiprotocole permettant de coupler différents protocoles de cohérence avec différents mécanismes de tolérance aux fautes. Nous proposons une conception hiérarchique de cette architecture, adaptée à la topologie réseau des grilles de calcul. Ces contributions ont été mises en oeuvre au sein du service de partage de données pour grilles JUXMEM. Les expérimentations menées sur la grille expérimentale Grid'5000 montrent que notre conception hiérarchique permet d'améliorer les performances des accès aux données partagées.