Les architectures satellitaires actuelles pour distribution de services interactifs IP et la connectivité large bande sont basées sur les principes en couches du modèle de référence OSI. Il ne fait aucun doute que l'approche classique basée sur la résolution de problèmes spécifiques à chaque couche dans le cadre du modèle de référence a été très fructueuse jusqu'à aujourd'hui. De nombreux protocoles ont été adaptés aux environnements satellite, et les couches physiques actuelles opèrent près de leurs limites théoriques de performance grâce à l'état très avancé des techniques de modulation et de codage. Cependant, les caractéristiques uniques des transmissions par satellite font que de nombreux et importants problèmes tels que la transparence de la mobilité, le respect des niveaux de services négociés ou la fiabilisation à grande échelle des communications point à multipoint n'ont pas encore trouvé de solutions satisfaisantes dans le cadre de l'approche traditionnelle en couches. L'approche modulaire n'appréhende que moyennement les interactions complexes qui existent entre les couches ainsi que celles avec le médium sans fil, et de ce fait le design actuel fait apparaître des redondances et inefficacités affectant les performances globales. De nombreux chercheurs ont donc commencé à aborder ces différents problèmes de manière holistique, en mettant l'accent sur les avantages potentiels d'une collaboration entre couches au-delà du modèle de référence. La flexibilité résultant d'échanges accrus entre les différentes couches offre en effet de riches possibilités d'optimisation globales, favorisant une meilleure intégration des satellites dans un environnement réseau de plus en plus hétérogène. Cette "optimisation multi-couches" apparaît aujourd'hui comme un domaine de recherche très prometteur pour les communications satellitaires et sans fil en général. Elle se caractérise par une approche pluridisciplinaire mêlant différents aspects de la théorie de l'information, du design de protocoles réseau et du traitement du signal avancé. Force est de constater que de nombreuses techniques multi-couches récemment proposées ont commencé à traiter avec succès quelques uns des problèmes énumérés auparavant, ce qui explique que nombreux protocoles, standards et systèmes de nouvelle génération ont déjà commencé à intégrer ces principes de facto. Cette thèse aborde les problèmes liés à la fiabilité des transmissions satellitaires depuis la perspective de l'optimisation multi-couches. S'agissant d'un aspect crucial des communications satellitaires ayant des implications à presque tous les niveaux de la communication - tels que la qualité de service, la complexité des terminaux ou l'utilisation du spectre - le contrôle des erreurs est sans doute l'une des thématiques satellite où les techniques multi-couche peuvent jouer un rôle important. Après une introduction dédiée aux techniques multi couche en général, la première partie de ce travail s'intéresse à la stratégie de contrôle des erreurs des satellites DVB de première génération, où sont identifiées des redondances liées à une gestion inefficace du problème par le décodeur canal et les couches d'adaptation. Une solution basée sur une approche multi-couche réduisant ces inefficacités et améliorant l'utilisation des ressources est alors proposée. Dans un deuxième temps, nous nous consacrons au standard satellite DVB de nouvelle génération et à la définition de GSE, sa nouvelle couche d'adaptation pour IP. Nous montrons comment GSE intègre de nombreux concepts multi-couches, parmi lesquels ceux liés à une gestion des erreurs basée sur les considérations de la première partie de ce travail. La troisième et dernière partie de ce travail présente HERACLES. Ce nouveau mécanisme multi-couches permet d'apporter des capacités accrues de correction d'erreurs et de synchronisation paquets à tout système de communication par paquets sans consommation supplémentaire de bande. HERACLES a été entièrement développé dans le cadre de cette thèse et a fait l'objet de deux brevets récents. Les résultats globaux de ce travail montrent les possibilités offertes par l'approche multi-couches au problème du contrôle des erreurs, et ouvrent d'excellentes perspectives de déploiement dans les réseaux futurs.