Dans un contexte de planification de l'utilisation des terres à l'échelle régionale, la cartographie des systèmes agricoles - espèces cultivées et pratiques culturales - permet de suivre ce qui est produit, où et comment, et constitue donc un élément essentiel d'évaluation régionale de la production et de son impact sur l'environnement. La production d'information sur les systèmes agricoles nécessite généralement beaucoup de données et d'expertise. Cette information est donc très hétérogène en quantité et en qualité dans l'espace et le temps, la disponibilité et les mises à jour étant extrêmement variables selon les pays et les régions. La télédétection, de par sa capacité à fournir une information spatiale synoptique sur l'état et la dynamique de la végétation à partir des images satellitaires, constitue un outil précieux pour le suivi de l'agriculture. Toutefois, la conversion des images en produits cartographiques à l'échelle régionale reste encore du domaine de la recherche pour de nombreuses applications. Cette thèse propose des développements méthodologiques originaux dans une approche multiscalaire semi-automatique basée sur le traitement et l'analyse d'imagerie satellitaire optique pour la cartographie et la caractérisation des systèmes agricoles à l'échelle régionale. L'approche est composée de deux méthodes principales : (i) stratification régionale en unités de paysage et classification de ces unités pour produire une carte de systèmes d'utilisation agricole des terres ; (ii) segmentation à l'échelle de la parcelle et classification non supervisée des segments par une méthode de " landscape-clustering " pour produire une carte de systèmes de culture. Les méthodes ont été développées sur une région d'agriculture intensive, l'État brésilien du Tocantins, où le domaine cultivé, ainsi que les principaux systèmes d'utilisation agricole des terres et systèmes de culture ont été cartographiés avec succès à partir d'une série annuelle d'images NDVI - MODIS et d'u