Cette thése comporte deux parties : - l'observation des spectres d'absorption de la raie 1420 mhz de l'hydrogène interstellaire dans la direction de radiosources extragalactiques, et interprétation de ces mesures. Les résultats permettent de discuter la température et la structure des nuages d'hydrogène neutre, et de confirmer l'existence d'un milieu internuage de faible densité et de température élevée. - dans la deuxième partie : on met en évidence une instabilité thermique du milieu interstellaire. Pour cela, on effectue une analyse linéaire de stabilité, puis on présente les résultats de calculs hydrodynamiques numériques. L'existence de cette instabilité pourrait permettre d'interpréter certains résultats observationnels.