L'objet de ce travail de thèse a été l'étude du piégeage de volatils dans les clathrates hydrates. Nous avons d’abord étudié l'influence de ces clathrates sur la composition des atmosphères planétaires en utilisant un modèle statistique dans lequel l'interaction hôte-clathrate est décrite de manière simplifiée. Cette approche a permis de démontrer que Kr et Xe, absents de l'atmosphère de Titan, ont pu être piégés dans des clathrates à la surface de ce satellite. Puis, après avoir démontré que le choix du jeu de paramètres de l'interaction hôte-clathrate peut influencer notablement les résultats du calcul de la composition des clathrates, nous avons appliqué notre modèle à l'étude de l'atmosphère de Mars. Nos résultats ont montré que la présence de clathrates sur Mars pouvait expliquer la faible quantité de méthane présente dans l'atmosphère, à condition que ces clathrates aient été (ou soient encore) en contact avec une phase gazeuse beaucoup plus riche en méthane que ne l'est l'atmosphère actuelle. En étudiant par la suite le piégeage des gaz rares, nous avons démontré que la mesure de la variation saisonnière du rapport Xe/Kr dans l'atmosphère de Mars pourrait être utilisée comme preuve de l'existence de clathrates dans le sous-sol martien. Enfin, nous avons considéré dans notre modèle statistique une description atome-atome des interactions espèce piégée-clathrate, au lieu des approches moyennées sphériquement utilisées précédemment. Nous avons alors étudié la sensibilité du calcul de la composition des clathrates en fonction du modèle atome-atome utilisé et du nombre de molécules d'eau prises en compte dans les calculs dans le cadre d'une application à Mars.