Thermoelectric materials allow the direct conversion of heat flow into electrical current and vice versa. They allow the development of all-solid state thermoelectric refrigeration or generation applications, compact and reliable. However, increasing the efficiency of thermoelectric modules requires the optimization of three interdependent parameters: optimizing the electronic properties of the material in order to obtain a high Seebeck coefficient and a low electrical resistivity, while minimizing the thermal conductivity. Bismuth telluride (Bi2Te3) is currently the reference material for thermoelectric applications at 300 K. However, the cost, scarcity and toxicity of telluride hinders its use in a mass market. The Fe2VAl alloy could become a substitute for Bi2Te3 for thermoelectric applications at 300 K. Indeed, its elements are abundant and inexpensive and the combination of its Seebeck coefficient (n- or p-type) and its electrical conductivity is better than Bi2Te3. However, its thermal conductivity is unfavorable for thermoelectric applications. Indeed, it is ten times higher than Bi2Te3.To solve this problem, a multi-scale approach is implemented during this thesis. This approach allows the scattering of a large part of the heat transporting phonon spectrum. To intensify the scattering of phonons at an atomic scale, solid solutions are synthesized. Self-substitution as well as substitutions with atoms of higher masses are explored (Ta, Sn), leading to a thermal conductivity of 10 W/(m K) in Fe2V0.96Ta0.07Al0.97 at 300 K. In addition to efficient phonon scattering, the optimization of electronic transport properties is also sought: a thermoelectric power factor of 6.7 mW / (m K2) is thus achieved in the above mentioned composition. At the nanoscale, nanoprecipitates constitute scattering centers for medium energy phonons. For this scale, the Al-Fe-V phase diagram has been explored around the Fe2VAl composition, looking for two-phase domains. Nanoprecipitates a second phase very rich in iron were thus obtained in a matrix of composition Fe2+xAl1-xV1-x. But the Seebeck coefficient of this nanocomposite is too low to combine the effect obtained on the thermal conductivity at this scale with those of the other scales. Finally, at the mesoscopic scale, it is the multiplication of the grain boundaries that efficiently scatters the low energy phonons. To do this, the grain size is reduced by powder metallurgy techniques. At this scale, the addition of nanoinclusions in the fine-grained matrix has also been explored. By combining all these effects, the thermal conductivity is strongly reduced and the thermoelectric performances of Fe2VAl are improved: a thermoelectric figure of merit of 0.3 is obtained at 300 K. All these results open interesting perspectives for the improvement of the thermoelectric properties of Fe2VAl., Les matériaux thermoélectriques permettent de convertir directement un flux de chaleur en courant électrique et vice-versa. Ils permettent le développement d’applications de réfrigération ou de génération thermoélectriques tout-solide, compactes et fiables. L’augmentation du rendement des modules thermoélectriques passe cependant par l'optimisation trois paramètres interdépendants : optimiser les propriétés électroniques du matériau afin d'obtenir un coefficient Seebeck élevé et une résistivité électrique faible, tout en minimisant la conductivité thermique. Le tellurure de bismuth (Bi2Te3) est actuellement le matériau de référence pour des applications thermoélectriques à 300 K. Cependant, le coût, la rareté et la toxicité du tellure empêchent son utilisation dans un marché de masse. L'alliage de composition Fe2VAl pourrait devenir un substitut à Bi2Te3 pour les applications thermoélectriques à 300 K. En effet, ses éléments sont abondants et peu coûteux et la combinaison de son coefficient Seebeck (type n ou p) et de sa conductivité électrique est meilleure que celle de Bi2Te3. Cependant, sa conductivité thermique est défavorable aux applications thermoélectriques. En effet, elle est dix fois plus grande que celle de Bi2Te3.Pour résoudre ce problème, une approche multi-échelles est mise en oeuvre au cours de cette thèse. Cette approche permet la diffusion d'une large part du spectre des phonons qui transportent la chaleur. Pour intensifier la diffusion des phonons à une échelle atomique, des solutions solides sont synthétisées. L'auto-substitution ainsi que des substitutions par des atomes de plus grandes masses sont explorées (Ta, Sn), conduisant à une conductivité thermique de 10 W/(m K) dans Fe2V0,96Ta0,07Al0,97 à 300 K. En plus de la diffusion efficace des phonons, l'optimisation des propriétés de transport électronique est également recherchée : un facteur de puissance thermoélectrique de 6,7 mW / (m K2) est ainsi atteint dans la composition précédemment mentionnée. A l'échelle nanométrique, des nanoprécipités constituent des centres de diffusion des phonons de moyenne énergie. Pour cette échelle, le diagramme de phases Al-Fe-V a été exploré autour de la composition Fe2VAl, à la recherche de domaines diphasés. Des nanoprécipités une seconde phase très riche en fer ont ainsi été obtenus dans une matrice de composition Fe2+xAl1-xV1-x. Mais le coefficient Seebeck de ce nanocomposite est trop faible pour combiner l’effet obtenu sur la conductivité thermique à cette échelle avec ceux des autres échelles. Enfin, à l’échelle mésoscopique, c’est la multiplication des joints de grains qui diffuse efficacement les phonons de basse énergie. Pour ce faire, la taille des grains est réduite par des techniques de métallurgie des poudres. A cette échelle, l'ajout de nanoinclusions dans la matrice à grains fins a été également exploré. En combinant tous ces effets, la conductivité thermique est fortement réduite et les performances thermoélectriques de Fe2VAl sont améliorées : un facteur de mérite thermoélectrique de 0,3 est obtenu à 300 K. L’ensemble de ces résultats ouvre des perspectives intéressantes pour l’amélioration des propriétés thermoélectriques de Fe2VAl.