Le système climatique terrestre est fondé de plusieurs composantes qui interagissent étroitement (atmosphère, calottes de glace, océans, lithosphère et biosphère). La modélisation numérique permet d'étudier ces interactions. Dans ce travail, l'écoulement de plusieurs calottes glaciaires est modélisé et on s'attache particulièrement à l'étude de leurs interactions avec l'atmosphère. Celles-ci sont déterminées par l'altitude de la surface de la calotte, les températures en surface et l'accumulation. Un modèle 3D d'écoulement de calotte glaciaire, développé au sein de l'équipe modélisation du LGGE, est présenté. Il est testé sur une calotte théorique dans le cadre d'un projet européen d'intercomparaison de modèles. Il est ensuite appliqué à la calotte du Groenland, en simulant la réponse de la calotte sous des climats différents du climat actuel et en étudiant son évolution au cours du dernier cycle interglaciaire-glaciaire. La sensibilité du modèle à la paramétrisation de l'accumulation est mise en évidence. Le modèle est enfin appliqué à la reconstruction des calottes de glace présentes dans l'hémisphère nord (Laurentide et Fennoscandie) au Dernier Maximum Glaciaire (il y a environ 21 000 ans). Trois méthodes sont utilisées pour calculer les conditions climatiques en entrée du modèle. Dans les deux premières, ces conditions sont déterminées par une paramétrisation calibrée sur les valeurs actuelles : les résultats ainsi obtenus ne sont pas satisfaisants. La troisième méthode utilise les températures en surface et les précipitations issues de simulations du climat du Dernier Maximum Glaciaire, réalisées avec le modèle de circulation générale de l'atmosphère du LMD. Le "couplage" entre les deux modèles nécessite un traitement de données complexe, mais les calottes obtenues sont en meilleur accord avec les données géologiques sur l'extension et l'épaisseur des calottes à cette époque.