Bien qu'omniprésents dans notre société, les systèmes informatiques distribués de très grande taille restent extrêmement difficiles à étudier et à évaluer. Ils agrègent des millions d'éléments hétérogènes dans des hiérarchies complexes afin de fournir une puissance de traitement et de stockage toujours accrue. Ces artéfacts, parmi les plus complexes jamais construits, posent un défi méthodologique nouveau en architecture des systèmes informatiques : l'approche réductionniste visant à expliquer le système au travers des interactions entre ses parties ne suffit plus à appréhender la complexité de ces systèmes. L'approche expérimentale s'impose alors avec une force nouvelle. Ce document présente mes recherches sur la résolution pratique de ces problèmes méthodologiques. La plupart de ces travaux ont été implémentés dans l'environnement SimGrid. Cet instrument scientifique permet l'étude des performances des systèmes distribués au travers de simulations réalistes. La première partie présente nos contributions aux performances de SimGrid grâce entre autres à une nouvelle approche de parallélisation des simulateurs de DES (Discrete-Event Systems). La seconde partie détaille nos travaux pour faire converger l'étude des performances et celle de la correction des systèmes au sein du même environnement, au travers de l'intégration d'un model checker complet à SimGrid. Enfin, nous étendons dans la troisième partie le champ d'application de SimGrid à des applications réelles.