Les méthodes de synthèse et de validation de lois de pilotage utilisées dans le milieu industriel aéronautique sont bien souvent longues et coûteuses à mettre en œuvre. Pourtant, des alternatives pour traiter les larges domaine d'évolution existent, comme l'inversion dynamique robuste. Ce travail de thèse cherche à en corriger les défauts, notamment grâce à une meilleure prise en compte des incertitudes du système et à une rejection des non-linéarités non compensées. Ceci est rendu possible grâce aux techniques de synthèse H-infini structurée multi-modèles, qui peuvent considérer plusieurs configurations pire-cas déterminées par des outils d'analyse de robustesse. Une autre contribution est d'ailleurs l'amélioration des techniques permettant d'évaluer la marge de robustesse d'un système LTI, souvent trop conservatives ou nécessitant un temps de calcul prohibitif. Les méthodes proposées sont appliquées au pilotage automatique d'un avion civil et d'un drone à voilure fixe, dont la modélisation est également traitée avec précision.