Ce mémoire présente les approches de modélisation et de simulation que j'ai développées, avec mes étudiantes et mes étudiants, mes collaborateurs et collaboratrices, pour étudier certaines propriétés des cellules vivantes. Il peut s'agit soit de propriétés relativement générales et difficilement accessibles à l'expérimentation directe (comme l'évolvabilité et/ou la robustesse mutationnelle que pourrait apporter un génome particulièrement dense en gènes, en opérons, ou en séquences répétées, toutes choses égales par ailleurs), soit de propriétés spécifiques pour lesquelles la modélisation doit guider la conception des expériences (comme l'existence ou non d'une étape limitante dans le trafic des triglycérides à l'intérieur des cellules de la muqueuse intestinale). Selon les questions abordées, les modèles développés sont des modèles individu-centrés, des chaînes de Markov ou des systèmes d'équations différentielles simulés numériquement, ou encore des modèles hybrides, dans lesquels chaque individu de la population d'agents possède un réseau de réactions intracellulaires décrit par un système d'équations différentielles. Les deux premiers chapitres présentent les contributions que mes étudiants, mes collaborateurs et moi avons apportées durant les 13 dernières années : en évolution moléculaire (au laboratoire LIRIS et dans l'axe "Models for Molecular Evolution" de l'équipe Inria Beagle) dans le chapitre I, et en nutrition (laboratoire CarMeN et dans l'axe "Computational cellular biochemistry" de l'équipe Inria Beagle) dans le chapitre II. Enfin, le troisième chapitre présente le projet de recherche que je souhaite animer autour de la modélisation mécanistique et quantitative des processus moléculaires, cellulaires et physiologiques qui gouvernent le destin des lipides alimentaires dans l'organisme.