Les travaux presentes dans ce memoire concernent l'etude experimentale de la combustion d'un melange heterogene globalement pauvre, apres injection directe de methane. Une approche experimentale hors moteur en chambre statique a volume constant puis dans la Machine a Compression Rapide a ete retenue. Cette etude a pour objectif, d'une part de mieux comprendre les phenomenes physiques presents dans ce type de combustion afin de reduire significativement la richesse globale du melange, et d'autre part d'evaluer l'efficacite de la combustion dans la perspective d'une application moteur future. L'etude des rates d'allumage a permis de valider d'une maniere innovatrice les mesures de champs de richesses obtenues par PLIF. Il a ete prouve experimentalement que l'allumage de melanges de richesse globale inferieur au limite d'inflammabilite d'un melange homogene est possible. La maitrise de l'ecoulement de swirl et du phasage entre l'injection et l'allumage a permis d' allumer un melange de richesse globale de 0.12 (masse de methane huit fois plus faible que le cas st chiometrique) avec un 'rendement de pression' de 90%."