Alors que les rendements de conversion des filières photovoltaïques matures industriellement continuent d'augmenter, ils se rapprochent de la limite théorique de 33% pour une cellule solaire à simple jonction. En pratique, jusqu'à 50 % de l'énergie solaire incidente est encore perdue ou dissipée sous forme de chaleur dans la cellule photovoltaïque (PV). Une approche originale pour récupérer cette énergie perdue, et ainsi dépasser à terme le rendement de conversion limite de la cellule à simple jonction, consiste à combiner la cellule solaire avec un générateur thermoélectrique (TEG), un dispositif capable de convertir un flux de chaleur en énergie. Cependant, le rendement de conversion énergétique de ces systèmes de cogénération photovoltaïque-thermoélectrique (PV-TE) reste actuellement limitée. Afin de démontrer une rupture dans l'efficacité du système PV-TE, nous proposons une nouvelle approche basée sur l'intégration d’une interface photothermique nanostructurée entre la cellule solaire et le générateur thermoélectrique. Cette interface est destinée à absorber l’énergie des photons infrarouges transmis à travers la cellule solaire et à la convertir en énergie thermique pour augmenter la puissance électrique produite par le générateur thermoélectrique. L’objectif de cette thèse est de concevoir une interface photothermique à base de nanoantennes thermoplasmoniques pour l’absorption infrarouge solaire, et d’étudier l’impact de son intégration sur les performances d’un système PV-TE. La première partie de cette thèse porte sur la conception et fabrication de nanoantennes isolées. Des simulations numériques sont utilisées pour calculer les propriétés optiques de nanoantennes de différentes formes, dimensions et compositions, afin d’identifier les structures optimales pour l’absorption infrarouge solaire. Des techniques de nanofabrication sont employées pour réaliser ces structures, dont la topographie est ensuite caractérisée afin d’analyser l’impact des défauts de fabrication sur leurs propriétés optiques. La deuxième partie de la thèse se concentre sur la réalisation expérimentale d’interfaces photothermiques. Des échantillons recouverts de nanoantennes sont fabriqués par lithographie colloïdale, afin de démontrer l’échauffement résultant d’un ensemble de particules en interaction. La température de ces interfaces sous illumination infrarouge solaire est mesurée à l’aide d’une caméra infrarouge. L’impact du substrat et de la couche d’encapsulation sur les propriétés photothermiques des interfaces est également discuté. Enfin, le développement d’un modèle multiphysique de système PV-TE intégrant une interface photothermique nanostructurée est présenté. Cet outil numérique permet de simuler le couplage des phénomènes optiques, thermiques et électriques ayant lieu dans un dispositif PV-TE. Il est notamment utilisé pour simuler des interfaces photothermiques isolées sous illumination solaire, dont l’échauffement calculé est comparé aux résultats expérimentaux de la partie précédente. Finalement, ce modèle, validé par comparaison à la littérature, sera utilisé pour calculer l’impact de l’intégration d’une interface photothermique sur la puissance électrique générée par un dispositif PV-TE.