Les expressions mathématiques manuscrites en-ligne sont constituées d'une séquence de traces. Leur reconnaissance nécessite de résoudre trois problèmes fondamentaux: la segmentation de ses symboles, leur reconnaissance et l'analyse structurelle de l'expression (i.e. l'identification des relations spatiales inter- symboles). La nature ambiguë des expressions manuscrites et leur structure spatiale sont les problèmes principaux du processus de reconnaissance. Dans cette thèse, nous proposons une modélisation du problème par une analyse syntaxique de graphes. La description des règles de production grammaticales par des graphes permet de modéliser directement la nature non linéaire des structures. Notre algorithme d'analyse détermine récursivement les partitions des traces en respectant les graphes des règles de production. Pour diminuer le coût de calcul, graphes issus des partitions sont limitées à un ensemble d'hypothèses de symboles et de relations pré- calculées grâce à classifieur entraîné. Ce classifieur donne à chaque hypothèse un ensemble d'étiquettes associées à leur vraisemblance. C'est l'analyse syntaxique qui sélectionnera la meilleure interprétation globale. Cette analyse produit de plusieurs arbres syntaxiques pour représenter plusieurs interprétations, leur associe un coût et choisit l'arbre avec le coût le plus faible pour l'interprétation finale. Les évaluations effectuées sur une base d'expressions conséquente et publique ont permis de montrer que notre approche est plus performantes que plusieurs méthodes de l'état de l'art et que l'utilisation du graphe d'hypothèses de symboles et de relations permet de contrôler la complexité de l'analyse. L'adaptation à d'autres langages graphiques est possible.