The origin of ultra-high energy cosmic rays remains an enigma of modernphysics, which the Pierre Auger Observatory, a detector with a hybriddetection mode and an unprecedented size, will try to solve. The directobservation of the sources of those particles, or of large-scale structuresin the sky associated to the sources, is one of the main goals of theobservatory. Such observations should also allow to constrain cosmic raypropagation between their sources and the Earth, which is complicated byinteractions with low-energy photon backgrounds and deflections inastrophysical magnetic fields.This thesis is made of two parts, in order to observe and modelize thesources of cosmic rays within the Auger Observatory.We begin with an extensive description of the Pierre Auger Observatory, andstudy the acceptance of its surface detector in order to build accurate skyexposure maps, an essential tool in order to study anisotropies. Then wepresent methods to search for anisotropies in the sky, and analyze thefirst two years of Auger data.After a description of the phenomena that can influence the propagation andobservation of ultra-high energy cosmic ray sources, we present numericalsimulations aiming at predicting observables such as the spectrum,anisotropies and composition measurable by Auger as a function of variousastrophysical models. We show that extragalactic magnetic fields can play acrucial role in particular if cosmic rays are partly heavy nuclei. Finally,we show that the propagation of these particles from a nearby sourcegenerates secondary fluxes of gamma-rays that could be detected by TeVgamma-ray telescopes.L'origine des rayons cosmiques d'ultra haute énergie reste une énigme dela physique contemporaine, que l'Observatoire Pierre Auger, détecteurhybride d'une taille inégalée, va tenter de résoudre. L'observationdirecte des sources de ces particules, ou de structures à grande échellesur le ciel associées à ces sources, est un des premiers objectifs decet observatoire. De telles observations permettront aussi de contraindre lapropagation des rayons cosmiques, qui, entre leurs sources et la Terre,subissent d'une part des interactions sur des fonds de photons de basseénergie, et d'autre part des déflections dans des champs magnétiquesastrophysiques.Cette thèse comprend deux volets, afin d'observer les sources des rayonscosmiques avec l'Observatoire Auger et de les modéliser.Nous commençons par décrire en détail l'Observatoire Pierre Auger,et nous intéressons ensuite à l'acceptance de son détecteur de surfaceafin de pouvoir construire des cartes de couverture précise du ciel, outilindispensable à l'étude des anisotropies. Nous présentons ensuite desméthodes de recherche d'anisotropies sur le ciel, et analysons les deuxpremières années de prise de données de l'Observatoire.Après une description des phénomènes susceptibles d'influencer lapropagation et l'observation de sources de rayons cosmiques d'ultra-hauteénergie, nous présentons des simulations numériques destinées àprédire des observables telles que le spectre, les anisotropies et lacomposition mesurables par Auger, en fonction de différents modèlesastrophysiques. Nous montrons que les champs magnétiques extragalactiquespeuvent jouer un rôle crucial, surtout si les rayons cosmiques sont enpartie des noyaux lourds. Enfin, nous montrons que la propagation de cesparticules depuis une source proche génère des flux secondaires derayons gamma qui pourront être détectés par des télescopes gamma auTeV
