Une Interface Cerveau-Ordinateur (ICO) est un système de communication qui permet à ses utilisateurs d'envoyer des commandes à un ordinateur via leur activité cérébrale, cette activité étant mesurée, généralement par ÉlectroEncéphaloGraphie (EEG), et traitée par le système. Dans la première partie de cette thèse, dédiée au traitement et à la classification des signaux EEG, nous avons cherché à concevoir des ICOs interprétables et plus efficaces. Pour ce faire, nous avons tout d'abord proposé FuRIA, un algorithme d'extraction de caractéris- tiques utilisant les solutions inverses. Nous avons également proposé et étudié l'utilisation des Systèmes d'Inférences Flous (SIF) pour la classification. Nos évaluations ont montré que FuRIA et les SIF pouvaient obtenir de très bonnes performances de classification. De plus, nous avons proposé une méthode utilisant ces deux algorithmes afin de concevoir une ICO complétement interprétable. Enfin, nous avons proposé de considérer la conception d'ICOs asynchrones comme un problème de rejet de motifs. Notre étude a introduit de nouvelles techniques et a permis d'identifier les classifieurs et les techniques de rejet les plus appropriés pour ce problème. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons cherché à concevoir des applications de Réalité Virtuelle (RV) controlées par une ICO. Nous avons tout d'abord étudié les performances et les préférences de participants qui interagissaient avec une application ludique de RV à l'aide d'une ICO asynchrone. Nos résultats ont mis en évidence le besoin d'utiliser des ICO adaptées à l'utilisateur ainsi que l'importance du retour visuel. Enfin, nous avons développé une application de RV permettant à un utilisateur d'explorer un musée virtuel par la pensée. Dans ce but, nous avons conçu une ICO asynchrone et proposé une nouvelle technique d'interaction permettant à l'utilisateur d'envoyer des commandes de haut niveau. Une première évaluation semble montrer que l'utilisateur peut explorer le musée plus rapidement avec cette technique qu'avec les techniques actuelles.