Les cellules eucaryotes sont charpentées par un réseau complexe de filaments qui leur permet de changer de forme, de se déplacer et de se diviser. Ces filaments et les protéines associées sont pour la cellule l'équivalent d'os et de muscles, et forment ainsi le cytosquelette. Ces filaments et ces protéines s'auto-organisent pour former des motifs universels chez les eukaryotes, qui sont utiles à la cellule. Nous présentons dans cette thèse des mécanismes de formation de motifs dans des solutions de moteurs et de microtubules, l'un des filaments du cytosquelette. Nous avons exploré les propriétés d'un modèle expérimental simplifié à l'extrême, construit à partir de microtubules, et de complexes capables d'agir sur les microtubules. Notre modèle est un mélange invitro de trois protéines purifiées. La première est la tubuline, qui s'assemble pour former les microtubules. La deuxième protéine est la kinésine, un moteur capable de s'accrocher sur un microtubule, et de se déplacer le long de ce tubule en consommant l'énergie chimique fournie par l'ATP. La structure d'un microtubule a une polarité intrinsèque à laquelle la kinésine est sensible, et qui détermine sa direction de déplacement. La troisième protéine est la streptavidine, qui forme des complexes de quatre kinésines. Un tel complexe peut lier physiquement entre eux deux microtubules, et les déplacer relativement l'un par rapport à l'autre. Par simple mélange, on fabrique ainsi un échafaudage de filaments rigides dont les liens sont mobiles et actifs. Grâce à la polarité intrinsèque des microtubules, tous les liens sur un même filament se déplacent dans la même direction ; en conséquence l'échantillon s'organise sur une échelle mésoscopique. Les motifs ainsi produits sont formés d'une distribution stationnaires de microtubules, où les complexes sont en perpétuel mouvement. Nous avons exploré différentes géométries et différentes conditions biochimiques ; un catalogue des structures obtenues et de leur dynamique de formation est présenté. Nous discutons en détail la formation d'arrangements radials de microtubules, appelés asters. Les asters formés par la kinésine dans notre expérience sont de polarité inverse par rapport aux asters observés \invivo, mais le mécanisme est universel : un moteur de directionalité opposée à celle de la kinésine produirait des asters de polarité normale. Pour montrer cette universalité, nous présentons quelques arguments théoriques simples qui permettent d'estimer le mouvement des filaments dans certains cas idéaux. Nous calculons aussi un effet de confinement des moteurs dans un aster de microtubules. Enfin nous présentons une simulation informatique de notre expérience fondée sur le principe de la dynamique moléculaire. Grâce à la très bonne caractérisation des protéines choisies, la simulation est réaliste et reproduit une grande partie des phénomènes observés. La simulation a permis aussi d'explorer de nouvelles configurations contenant plusieurs types de moteurs, et de faire quelques prédictions sur les motifs produits. Nous montrons ainsi que la simulation est un outil précieux qui complète idéalement l'expérience.