Cette thèse concerne le développement de nouvelles stratégies de contrôle d'un réfrigérateur cryogénique soumis à de fortes variations de charge thermique. De telles perturbations vont se rencontrer lors du refroidissement des aimants supraconducteurs des futurs réacteurs de fusion (tokamak JT-60SA par exemple). La modélisation d'un réfrigérateur de test, offrant une capacité de refroidissement de 800W à 4.5K, a été effectuée sous le logiciel Matlab/Simulink. Celle-ci est basée sur les équations théoriques de la thermodynamique, de la thermique et de l'hydraulique et prend en compte les propriétés non linéaire de l'hélium à basse température. A partir de ce modèle, une stratégie de contrôle multivariable a été proposée sur les deux parties du réfrigérateur : la station de compression et la boîte froide. Les résultats expérimentaux montrent de nettes améliorations et une plus grande stabilité du réfrigérateur en présence de charges pulsées par rapport à la stratégie initiale (PI). Un observateur de la charge thermique du bain d'hélium liquide a également été développé. Le modèle utilisé est construit par identification à partir de mesures internes au réfrigérateur. Il pourrait servir comme outil de surveillance aux opérateurs.