En modifiant les conditions de fabrication, il est possible d'obtenir des microstructures de dioxyde d'uranium (UO2) possédant des réseaux de porosité différents (en termes de fraction volumique de pores, de taille, de morphologie et de distribution spatiale) par rapport à celui des céramiques utilisées comme combustibles standard dans le parc électronucléaire français. L'objectif est d'évaluer l'impact de la microstructure sur les propriétés thermiques d'un combustible UO2. Pour cela, un modèle donnant l'influence du réseau poreux sur la conductivité thermique d'une céramique UO2 est développé à partir d'une étude à 50°C sur des céramiques vierges représentatives de microstructures après fabrication et simulant l'évolution avec l'irradiation du réseau poreux observé sur des combustibles UO2 non standard. Le développement et la validation de ce modèle sont basés sur deux approches complémentaires : des caractérisations expérimentales de la microstructure des céramiques et des études par homogénéisation double-échelle (analytique et numérique). Des lots différents de céramiques UO2 ont été fabriqués de façon à obtenir des céramiques présentant des réseaux poreux variés en termes de fractions volumiques de porosité totale, ouverte et fermée. Deux familles de porosité ont été identifiées à l'aide de différentes techniques d'imagerie (microscopie optique, MEB-FIB et tomographie X) : la porosité occluse de forme quasi-sphérique et localisée dans les granulats d'UO2 et un réseau interconnecté de porosité localisée à l'interface des granulats (ce réseau est appelé dans cette étude porosité d'assemblage). Des paramètres descripteurs (taux, morphologie, taille pour les deux familles de pores et distribution angulaire pour la porosité d'assemblage) ont été déterminés par mesures par imbibition et par analyse d'images. La tomographie X et le MEB-FIB ont permis d'observer le caractère interconnecté 3D des pores d'assemblage. Des études par homogénéisation analytique et numérique (calculs par transformée de Fourier rapide) ont été réalisées afin d'évaluer l'impact de ces caractéristiques sur la conductivité thermique. Les calculs numériques ont été réalisés sur des images issues de plans de coupes obtenues par imagerie et ainsi que sur des images 2D et 3D générées avec un modèle morphologique original reproduisant les spécificités des structures poreuses observées. Ces études ont mis en évidence l'impact important de la morphologie de type fissures, de la répartition spatiale et de l'interconnexion de la porosité d'assemblage sur la conductivité thermique des céramiques UO2. Des caractérisations sur céramiques proches du 100% dense ont par ailleurs permis d'évaluer la conductivité thermique de ces céramiques dans ce cas limite. Finalement, le modèle proposé dépend du taux de porosité occluse et de la porosité d'assemblage, laquelle est assimilée à un réseau interconnecté de fissures distribuées autour des granulats UO2 et associée à une densité de fissures donnée. La comparaison de ce modèle aux mesures expérimentales de diffusivité thermique (méthode Flash) confirme le rôle majeur joué par la porosité d'assemblage qui permet effectivement de différencier les propriétés thermiques des différents lots. Par ailleurs, le modèle reproduit les tendances associées à la dégradation de la conductivité thermique mesurée sur les céramiques étudiées.