Les travaux présentés dans ce mémoire concernent l''étude expérimentale de la combustion d''un mélange hétérogène globalement pauvre, après injection directe de méthane. Une approche expérimentale hors moteur en chambre statique à volume constant puis dans la Machine à Compression Rapide a été retenue. Cette étude a pour objectif, d''une part de mieux comprendre les phénomènes physiques présents dans ce type de combustion afin de réduire significativement la richesse globale du mélange, et d''autre part d''évaluer l''efficacité de la combustion dans la perspective d''une application moteur future. L''étude des ratés d''allumage a permis de valider d''une manière innovatrice les mesures de champs de richesses obtenues par PLIF. Il a été prouvé expérimentalement que l''allumage de mélanges de richesse globale inférieur au limite d''inflammabilité d''un mélange homogène est possible. La maîtrise de l''écoulement de swirl et du phasage entre l''injection et l''allumage a permis d'' allumer un mélange de richesse globale de 0.12 (masse de méthane huit fois plus faible que le cas stoechiométrique) avec un 'rendement de pression'' de 90%.