Deux techniques complémentaires coexistent aujourd'hui pour observer les variations du niveau des mers. L'altimétrie par satellite permet une observation quasi globale avec un échantillonnage temporel et spatial régulier. Cependant, cette technique n'a pas plus de quelques décennies d'existence. A cause des variations inter-décennales du niveau des mers, elle ne donne donc pas accès aux signaux de longue période ou aux variations séculaires. Les variations du niveau des mers à long terme sont accessibles aujourd'hui que grâce aux mesures marégraphiques, certains marégraphes fournissant des enregistrements continus depuis le XIXème siècle. Cette technique constitue donc le seul moyen d'estimer, à partir de la mesure directe, les variations du niveau des mers pendant le XXème siècle, donnée qui représente un bon indicateur du changement climatique. Cependant, les estimations marégraphiques sont contaminées par des mouvements verticaux à long terme de la croûte terrestre. Afin d'obtenir les variations absolues à long terme du niveau des mers, les mouvements verticaux des marégraphes peuvent maintenant être déterminés par la technique GPS. Cette approche est explorée en pratique depuis 2001 par le projet pilote TIGA (Tide Gauge benchmark monitoring) du Service International des GNSS (IGS). Dès 2002, le Consortium ULR (Université de La Rochelle et Institut Géographique National) contribue à ce projet en tant que Centre d'Analyse TIGA. Actuellement, plus de 300 stations GPS globalement reparties sont traitées, parmi lesquelles plus de 200 sont co-localisées avec un marégraphe. Mes travaux de thèse s'inscrivent dans l'étude méthodologique visant à améliorer l'estimation des vitesses verticales des stations GPS. Une première étape de mes travaux a donc consisté en l'étude de la meilleure stratégie de traitement des données GPS. Différentes modélisations ont été testées comme, par exemple, les effets de variation de phase des antennes et du retard troposphérique. A cause du grand nombre de stations du réseau, une répartition en sous-réseaux est imposée pour le traitement. Une répartition optimale des stations GPS selon une approche dynamique a été élaborée et testée. Les résultats ont montré que cette procédure améliore grandement la qualité du traitement GPS. A l'issue de l'application de cette nouvelle stratégie de calcul, on a obtenu et exporté des produits dérivés comme les positions des stations, les orbites des satellites, les paramètres d'orientation de la Terre, et le mouvement apparent du géocentre, pour être combinés dans le cadre de la première campagne de retraitement des données GPS de l'IGS. La confrontation de ces produits avec les produits d'autres analyses de très haute qualité (la grande majorité des Centres d'Analyse IGS y participent) on fourni une validation de la stratégie de traitement GPS implémentée et aussi des indications pour de futures améliorations. La participation à cette campagne a permis en plus de densifier et d'étendre le repère international de référence terrestre (ITRF) aux marégraphes. La deuxième étape de mes travaux a consisté en l'étude de l'estimation de vitesses verticales GPS. L'effet couplé des signaux périodiques et des discontinuités sur les vitesses estimées a été mis en évidence, montrant la nécessité d'estimer ces paramètres d'une manière cohérente et rigoureuse. Particulièrement, l'effet des discontinuités a été signalé comme la source d'erreur la plus importante aujourd'hui pour l'estimation de vitesses. Les incertitudes réalistes des vitesses estimées ont été analysées en profondeur en prenant en compte le contenu de bruit corrélé dans les séries temporelles. En comparant rigoureusement les résultats de cette analyse avec la précédente solution ULR, on constate une réduction significative du contenu du bruit corrélé. Ceci est dû principalement à l'amélioration du traitement des données. Cette analyse du bruit a abouti à la démonstration que la corrélation temporelle des données retraitées de façon homogène dépend de l'époque des données. De cette façon, il a été démontré que le contenu du bruit dans les séries temporelles GPS longues s'explique principalement par le niveau de bruit des données les plus anciennes. Toutefois, pour obtenir l'incertitude formelle de vitesse la plus petite possible, il est nécessaire d'incorporer toutes les données disponibles. Il a été montré qu'en utilisant le modèle de bruit le plus approprié pour la série temporelle de chaque station, l'incertitude formelle du champ de vitesse estimé est en accord avec les différences de vitesse obtenues par rapport à la prochaine réalisation du repère international de référence terrestre, l'ITRF2008.