Cette thèse porte sur le développement de modèles analytiques, à la fois précis et simples d'utilisation, adaptés aux problèmes posés par le dimensionnement des réseaux cellulaires 4G (WiMAX et LTE). Les modèles, s'appuyant sur la théorie des files d'attente, permettent d'évaluer les performances d'une cellule 4G et de ses utilisateurs. Dans un premier temps, ont été proposés tour à tour des modèles dédiés à chaque type de services et à leurs besoins en QoS respectifs (VoIP, VoIP avec suppression des silences, streaming et WEB). Chacun d'eux a été décliné afin de considérer des cellules contenant plusieurs groupes d'utilisateurs avec différents profils. Dans un second temps, des méthodes ont été élaborées pour combiner les précédents modèles afin de prendre en compte des cellules avec intégration de services tout en minimisant la complexité de résolution. Tous les modèles ont été pensés afin d'obtenir des expressions à formes closes de l'ensemble des paramètres de performances du système et donc d'être résolus instantanément. Cette rapidité rend possible les études de dimensionnement les plus complètes, études qui seraient absolument inenvisageables à partir de simulations.