La distribution de clé quantique (QKD - Quantum Key Distribution) est une technologie permettant d'assurer au niveau théorique l'inviolabilité des clés transmises. Cependant, certains problèmes d'ordre pratique de mise en œuvre restent ouverts, en particulier, concernant l'augmentation de la portée d'application de QKD. L'objectif de la thèse est de répondre aux deux questions colérées suivantes : (1) comment de construire des réseaux QKD de grande taille; (2) comment sécuriser les relais des clés QKD. Nous avons proposé, dans un premier temps, un modèle permettant de garantir la sécurité de la transmission de clés dans un réseau QKD de grande taille en utilisant un routage stochastique. L'efficacité de ce procédé est démontrée à l'aide de la théorie de la percolation. Dans un deuxième temps, nous avons exploré la sécurité des modèles de relais des clés QKD et arrivons à proposer quatres nouveaux modèles capables à étendre la portée de QKD.