Les membranes biologiques jouent un rôle crucial dans les cellules. Barrières délimitant les compartiments cellulaires, elles sont aussi des transducteurs, des réacteurs ou encore des détecteurs. Ces structures bidimensionnelles sont complexes et leur composition en lipides, protéines et sucres varie selon leurs fonctions spécifiques. Elles sont également très dynamiques, notamment en ce qui concerne le trafic intracellulaire. Ce processus étroitement régulé assure le transport de protéines, de lipides et d'autres molécules entre les organites. notamment via des cargos entourés de membrane, appelés vésicules. Si de nombreux composants des machineries moléculaires impliquées ont été identifiés, les mécanismes moléculaires en jeu restent flous. Les approches traditionnelles in cellule pour étudier les acteurs protéiques du trafic intracellulaire sont limitées par l'interdépendance de nombreux processus. Une approche complémentaire, utilisée dans notre laboratoire, consiste à reconstituer ces mécanismes par une approche ascendante, en utilisant des systèmes minimaux et contrôlés. Cette thèse se concentre sur deux processus distincts du trafic intracellulaire. Tout d'abord, nous avons étudié l'organisation de l'appareil de Golg i, un plateforme clé pour le tri et la modification des protéines après leur synthèse. La structure unique du Golgi, qui ressemble à une pile de pancakes, est étonnamment résiliente. Elle se désassemble et se reforme lors de la division cellulaire et reste stable pendant !'interphase, malgré des échanges continus de matériel. Nous avons émis l'hypothèse que certaines protéines, par exemple GM130, agissent comme des échafaudages pour maintenir cette structure. En utilisant des vésicules géantes unilamellaires (GUVs) comme système modèle, nous avons étudié GM130 et montré que sa séparation de phase sur les membranes est principalement due à un segment de 200 acides aminés positionné près de son extrémité N-terminale. Fait surprenant, la structure de ce segment est prédite en faisceau d'hélices alpha torsadées, et non intrinsèquement désordonnée comme une majorité des protéines qui séparent de phase. Nous avons également exploré les propriétés mécaniques que la présence de cette protéine pourrait conférer à la membrane. Bien que des défis expérimentaux aient limité cette caractérisation, nous avons observé que l'encombrement stérique - à des densités en protéines similaires à ce que l'on trouve sur les membranes du Golgi - peut conférer de la plasticité à la membrane sur notre système modèle, et ce indépendamment du type de protéine. Le deuxième processus étudié est la fusion synaptique. Les protéines SNAREs sont les principaux effecteurs de la fusion d'une vésicule avec une membrane cible. En utilisant des modèles simplifiés et des calculs en ordres de grandeur. nous avons identifié des goulots d'étranglement dans le mécanisme de fusion, mettant ainsi en relief le rôle des autres protéines connues pour catalyser ce processus. Par ailleurs, nous avons utilisé un système de membrane suspendue et des expériences de fusion en solution pour caractériser des SNAREs mutants. Notre objectif était de tester les prédictions d'un modèle théorique plus complexe de la fusion. Nous avons découvert que certains résultats de ce modèle devaient être revus en raison d'une mauvaise interprétation des données expérimentales sur lesquelles il était basé, et les expériences ont donc été interrompues. Cependant, ce travail a fourni des informations précieuses sur le modèle et souligné l'importance de la connexion entre théorie et expérience. Dans l'ensemble, cette thèse approfondit les connaissances sur deux protéines impliquées dans le trafic intracellulaire. Elle met également en évidence la valeur des systèmes expérimentaux in vitro, parfois améliorés au cours de ce travail, et ouvre la voie à de futures recherches. Sur un plan plus personnel, elle a aussi été une humble récolte de quelques enseignements épistémologiques.