Les capteurs à effet Hall comptent parmi les magnétomètres les plus utilisés, que ce soit pour des applications industrielles ou bien fondamentales. Cette grande variété de domaines d’application est liée à l’importante versatilité de cette technologie à la fois miniaturisable, peu invasive et opérant sur de larges plages de champs magnétiques et de températures. L’avènement du graphène a permis une importante avancée dans l’amélioration des performances de ce type de capteur en particulier sur l’augmentation des sensibilités normalisées en courant et en puissance. En effet, de par sa finesse ultime, son dopage aisément modulable ainsi que sa mobilité surpassant les autres matériaux, les capteurs à effet Hall en graphène ont dépassé en quelques années seulement les sensibilités des meilleurs dispositifs à effet Hall. Cependant, cette nouvelle technologie présente encore une importante marge de progression tant du point de vue de l’industrialisation de la fabrication que sur la modélisation des phénomènes physiques observés en vue d’identifier les leviers d’accroissement des performances. En effet, bien que la physique de l’effet Hall soit connue et documentée, le cas particulier du graphène requiert le développement d’un modèle complet encore manquant à ce jour. De fait, le modèle couramment utilisé se limite aux cas où les géométries sont idéalisées et les grandeurs uniformes sur l’ensemble du dispositif, omettant par cette occasion certains effets affectant les performances des capteurs. Parmi ces manques sont identifiés l’absence de prise en compte de l’effet Corbino et du facteur de Hall, la mauvaise description de la magnétorésistance dans la zone ambipolaire sous fort champ magnétique ainsi que l’absence de dépendance des performances vis-à-vis de la polarisation incluant le décalage du point de neutralité de charge en grille et la modification de la sensibilité. Nous avons donc développé un modèle plus complet, basé sur le formalisme de Boltzmann où les potentiels électrochimiques des différentes bandes sont traités séparément et où le dopage par effet de champ est traité localement. Ce modèle est enrichi d’une approche originale permettant d’augmenter le dopage résiduel en introduisant du désordre, élément clé de la compréhension des effets galvanomagnétiques au point de neutralité de charge. Ce modèle permet de reproduire quantitativement les mesures réalisées sous différentes conditions de courant de polarisation et de champ magnétique sur des dispositifs en graphène de qualités diverses. Ces capteurs de notre fabrication, offrent une sensibilité normalisée en courant allant jusqu’à 5000 Ω.T^(-1), rivalisant de ce fait avec ceux de la littérature partageant la même technologie. Ces mesures, mises en perspective avec le nouveau modèle montrent entre autres l’influence de l’environnement diélectrique du graphène qui impose une limite haute théorique aux performances des capteurs. Il met également en évidence les effets de taille sur la sensibilité normalisée en courant sous forte polarisation. A l’aide de ce nouveau modèle applicable aux dispositifs opérant en régime diffusif ainsi qu’avec une version adaptée du modèle de Beenakker décrivant les dispositifs balistiques, des simulations ont été conduites pour évaluer les performances de capteurs à effet Hall en graphène sous champ magnétique hautement non uniformes. Bien que les deux régimes de conduction présentent des similitudes sous champ uniforme, les cas étudiés montrent d’importantes différences, tant sur l’amplitude des signaux que sur la dépendance à la forme de l’inhomogénéité. L’influence des paramètres géométriques des capteurs ainsi que la forme et l’amplitude des inhomogénéités de champ ont été testées afin de trouver les conditions optimales de détection et de caractérisation. Grâce aux paramètres trouvés, la faisabilité de caractérisation de nano-objets ainsi que la détection d’onde de spin à température ambiante via ce type de capteurs ont été étudiées.