Les Systèmes de Systèmes (SdS) sont des logiciels prépondérants de grande échelle, complexes et parfois même critiques. Un SdS est le résultat de l'intégration d'un ensemble de Systèmes Constituants (SCs) autonomes, hétérogènes et évolutifs, qui interagissent les uns avec les autres, pour remplir leur propre but (mission) opérationnel et de faire émerger de nouvelles fonctionnalités qui dépassent celles des SCs individuels.Actuellement, la modélisation, la simulation et l'analyse des SdS posent désormais un grand défi du point de vue génie logiciel, en raison de la complexité liée aux caractéristiques spécifiques de tels systèmes : contraintes temporelles liées aux missions, la production et la consommation des ressources par chaque mission, et enfin l'émergence d'un comportement désiré ou non désiré au sein d'un SC ou du SdS. Les travaux de cette thèse visent à proposer une approche générique, à base de modèles, pour décrire l'architecture d'un SdS (et ses SCs), le comportement fonctionnel de chaque mission ainsi que la validation par simulation du comportement global d'un SdS. Nous proposons un cadre architectural multi-vues modulaire et intuitif qui s'appuie sur la norme ISO/IEC/IEEE 42010. Ce cadre est associé à un ensemble de processus d'ingénierie de SdS et à un profil UML dédié aux SdS, afin de faciliter et d'améliorer la conception des architectures de SdS. Concernant l'aspect comportemental des SdS, notre approche s'appuie sur le langage Maude, un langage à base de la logique de réécriture, pour décrire, analyser et valider par modèle le comportement fonctionnel d'un SdS, intégrant les ressources, produites et consommées par chaque mission, ainsi que les contraintes temporelles de chaque mission au sein d'un CS.Dans cette thèse, nous proposons un ensemble de méta-modèles génériques et réutilisables pour décrire les différentes entités impliquées dans l'allocation des ressources et l'exécution des missions. Nous utilisons le langage Maude pour définir la sémantique opérationnelle de divers concepts, entités et propriétés présentés dans les méta-modèles. Nous adoptons un contrôle centralisé pour la gestion et l'allocation des ressources et leur coordination, en spécifiant les missions, les rôles et les ressources, ainsi que leurs propriétés quantitatives. Enfin, nous définissons un ensemble de stratégies de gestion de l'exécution des missions. Ces stratégies visent à améliorer le fonctionnement opérationnel du SdS en évitant les comportements indésirables et en favorisant les chemins de mission désirables et optimaux vis à vis des contraintes temporelles liées aux ressources et aux missions, la disponibilité des ressources, etc. Dans cette thèse, nous exploitons les extensions RT-Maude (Real Time Maude) et Maude Strategy du langage Maude, pour décrire ces différentes stratégies et valider le comportement des SdS en utilisant les techniques de vérification par model-checking offertes par le langage Maude. Toutes ces contributions ont été validées par une étude de cas complète axée sur les SdS de gestion de crise.