La synthèse logique joue un rôle fondamental dans les compilateurs de silicium. Alors que l'état de l'art de la synthèse deux couches est très avance, celui de la synthèse multi-couches reste encore un sujet très ouvert. L'objet de cette thèse est de présenter des méthodes originales de synthèse de contrôleurs et de systèmes combinatoires pour une implémentation multi-couches a base de cellules de bibliothèque. Le premier chapitre définit le concept de compilation de silicium et introduit l'une de ses composantes, la synthèse logique. L'importance du marche de la synthèse logique y est clairement définie ainsi que ses implications dans la conception actuelle de circuits intégrés. Le deuxième chapitre concerne la synthèse de contrôleurs. Le probleme du codage des machines d'états fini est traite en détail et une methode basée sur la théorie d'immersion de cubes intersectant dans un hypercube booléen est proposée. Le troisième chapitre est consacre a la synthèse de circuits combinatoires et une methode d'optimisation temporelle de tels dispositifs est développée. Ces travaux ont été implémentés dans un environnement industriel