La coalescence joue un rôle fondamental dans de nombreux procédés industriels tels que l’extraction liquide-liquide. Il s’agit d’un phénomène multi-échelle complexe qui repose sur l'interaction entre des gouttes déformables, parfois soumises à un écoulement. Comprendre les phénomènes mis en jeu lors de l’extraction liquide-liquide est nécessaire au développement et à l’optimisation des procédés de traitement et de recyclage dans l’industrie nucléaire. Toutefois, le processus de coalescence reste à ce jour mal compris, en particulier à l’échelle nanométrique. Dans cette thèse, la coalescence est étudiée à l’échelle moléculaire par le biais de simulations de dynamique moléculaire, dans le but de faire le lien entre les différentes échelles. Pour répondre à cet objectif, plusieurs axes de travail sont développés.Le premier axe porte sur l'interaction entre une pointe AFM et un film liquide déposé sur un substrat. Il s'agit d'un cas simple en comparaison de la coalescence liquide-liquide, car une des gouttes (la pointe AFM) est rigide, et le milieu intermédiaire est gazeux. Les résultats montrent que les fluctuations de surface provoquent une instabilité de la déformation de l'interface et sont à l'origine du phénomène de saut (en anglais jump to contact) par lequel le liquide entre en contact avec la pointe. Nos résultats, sur un système observable expérimentalement, ont confirmé la validité et les limites des modèles continus, ne rendant pas compte des fluctuations, pour la description de phénomènes aux interfaces observés en AFM, et plus généralement pour la coalescence.Le second axe porte sur l’étude du drainage du film interfacial. Une approche originale est proposée, dans laquelle des couches planes d'eau et d'heptane sont construites et empilées en conditions périodiques. Les deux liquides sont soumis à des forces d'écoulement de sens opposés. Les profils de vitesse obtenus dans les simulations de dynamique moléculaire permettent de rendre compte de la viscosité effective des films confinés entre deux phases liquides et d'étudier le glissement aux interfaces. Nos résultats montrent qu'il y a un glissement important à l'interface liquide-liquide, que ce soit de l'eau sur l'heptane ou de l'heptane sur l'eau. Le rapport des longueurs de glissement est égal au rapport des viscosités des deux liquides. Ce glissement présent aux interfaces liquide-liquide joue un rôle important lors de la coalescence, puisqu'il accélère le drainage du film.Enfin, nous étudions les effets stochastiques contrôlant la formation du pont liquide à travers une série de simulations de coalescence de gouttes d'heptane dans l'eau. La boîte de simulation est la même dans chaque cas, mais une perturbation aléatoire est introduite par l'instabilité de Lyapunov, permettant d'imposer des états initiaux très proches mais des trajectoires divergentes. À partir de cette série de simulations nous avons établi que la probabilité de coalescence en fonction du temps suit une loi de Poisson.En résumé, nous avons proposé une description originale de la coalescence à l'échelle moléculaire à l'aide d'un modèle probabiliste décrivant le temps de coalescence et d'un modèle hydrodynamique décrivant le drainage à l'échelle moléculaire. Notre étude ouvre de nombreuses perspectives pour la simulation de la coalescence dans les approches continues utilisées en mécanique des fluides et en génie des procédés. Elle est également applicable à d'autres problèmes physiques dont la cinétique est gouvernée par l'échelle moléculaire.