Dans ce papier, le problème de l'estimation de la dynamique latérale de véhicules à deux roues motorisés est traité. La contribution réside dans la proposition d'une approche d'estimation basée sur un observateur non-linéaire. Dans un premier temps, un modèle de type Takagi- Sugeno (T-S) est proposé en utilisant les transformations par secteurs non-linéaires. Le modèle obtenu est à variables de décision non mesurables. L'intérêt de ce type de modélisation est la minimisation des pertes d'informations qui conduisent souvent à des estimations erronées de l'état. L'estimation de la dynamique latérale est ensuite réalisée par un observateur d'état construit à partir du modèle T-S obtenu. La convergence de l'observateur est étudiée par la méthode de Lyapunov. Les conditions de stabilité obtenues sont exprimées en termes d'inégalités linéaires matricielles (LMI) dont la résolution est facilement réalisable par des outils numériques dédiés.