Dans ce mémoire, nous présentons différentes stratégies pour approcher les solutions de modèles cinétiques faisant intervenir plusieurs échelles en temps. Plus précisément, nous nous intéressons à des systèmes de type Vlasov-Poisson pour décrire l'évolution dans l’espace des phases de particules chargées sous l’influence d’un champ électromagnétique. L’objectif de ce travail est d’étudier le comportement multi-échelle de ces équations à l’aide de l’analyse asymptotique et de proposer des méthodes numériques adaptées pour approcher leurs solutions. Dans la première partie, nous proposons deux méthodes pour traiter la difficulté liée au caractère multi-échelle. La première est une méthode d’homogénéisation en temps, basée sur la notion de convergence à deux échelles. Dans cette approche, nous obtenons un modèle réduit approchant l’équation originelle de Vlasov. La deuxième méthode est un nouveau schéma en temps pour l’équation de Vlasov. Basé sur un intégrateur exponentiel, le schéma résout la petite échelle tout en utilisant des pas de temps macroscopiques. Des cas-tests issus de la physique des plasmas illustrent la précision et l’efficacité de la méthode. Dans la deuxième partie, nous analysons la performance d’une implémentation “Particle-in-Cell” pour résoudre numériquement le système de Vlasov–Poisson. Le problème de la performance se pose lors de l’utilisation de schémas de discrétisation explicites, avec des paramètres numériques résolvant la petite échelle, ce qui entraîne un coût de calcul important. Nous développons des structures de données spécifiques pour optimiser les accès mémoire. Ce travail est complété par le développement d’une approche spécifique de répartition des calculs par parallélisme hybride, utilisant à la fois les mécanismes de mémoire partagée et de mémoire distribuée, que nous implémentons sur processeurs multi-coeurs. Des mesures classiques pour évaluer la performance des codes sont analysées. Dans la troisième partie, nous développons un cadre de modélisation et de simulation pour résoudre des problèmes pertinents en physique des plasmas. Plus précisément, nous étudions (i) la dynamique d’un plasma d’ions et d’électrons suivant un “edge-localized mode”, qui est une instabilité se produisant au bord d’un tokamak et (ii) un problème d’instabilité de diocotron dans un plasma. Pour modéliser ces phénomènes, nous proposons différents couplages faisant intervenir des équations de type Poisson, des équations fluides et des équations cinétiques de type Vlasov avec termes source et de collision. Leur résolution est effectuée avec des schémas numériques de type “asymptotic-preserving” permettant de traiter efficacement le caractère multi-échelle.