Les applications pour véhicules autonomes et les systèmes d’aide avancée à la conduite (Advanced Driving Assistance Systems - ADAS) mettent en oeuvre des processus permettant à des systèmes haut niveau de réaliser une prise de décision. Pour de tels systèmes, la connaissance du positionnement précis (ou localisation) du véhicule dans son environnement est un pré-requis nécessaire. Cette thèse s’intéresse à la détection de la structure de scène, au processus de localisation ainsi qu’à la modélisation d’erreurs. A partir d’un large spectre fonctionnel de systèmes de vision, de l’accessibilité d’un système de cartographie ouvert (Open Geographical Information Systems - GIS) et de la large diffusion des systèmes de positionnement dans les véhicules (Global Positioning System - GPS), cette thèse étudie la performance et la fiabilité d’une méthode de localisation utilisant ces différentes sources. La détection de marquage sur la route réalisée par caméra monoculaire est le point de départ permettant de connaître la structure de la scène. En utilisant, une détection multi-noyau avec pondération hiérarchique, la méthode paramétrique proposée effectue la détection et le suivi des marquages sur la voie du véhicule en temps réel. La confiance en cette source d’information a été quantifiée par un indicateur de vraisemblance. Nous proposons ensuite un système de localisation qui fusionne des informations de positionnement (GPS), la carte (GIS) et les marquages détectés précédemment dans un cadre probabiliste basé sur un filtre particulaire. Pour ce faire, nous proposons d’utiliser les marquages détectés non seulement dans l’étape de mise en correspondance des cartes mais aussi dans la modélisation de la trajectoire attendue du véhicule. La fiabilité du système de localisation, en présence d’erreurs inhabituelles dans les différentes sources d’information, est améliorée par la prise en compte de différents indicateurs de confiance. Ce mécanisme est par la suite utilisé pour identifier les sources d’erreur. Cette thèse se conclut par une validation expérimentale des méthodes proposées dans des situations réelles de conduite. Leurs performances ont été quantifiées en utilisant un véhicule expérimental et des données en libre accès sur internet.