Des decouvertes inedites dans le domaine de l'astronomie en rayons X necessitent une nouvelle generation d'instruments, pouvant observer le ciel en combinant des hautes resolutions spatiales et spectrales. Ce besoin constitue le fondement du X-ray Integral Field Unit (X-IFU) de la mission Athena de l'ESA, dont le lancement est prevu en 2031. La complexite de la chaine de detection du X-IFU necessite un suivi de ses perturbations instrumentales. Des simulations bout-a-bout, reproduisant les observations en rayons X de l'emission des photons d'une source representative a leur detection, sont un outil de choix pour ces etudes. Dans la premiere partie de cette these, j'utilise ces simulateurs pour quantifier l'effet de la diaphonie entre les pixels, pour deriver une specification sur la connaissance du bruit de fond instrumental, ou encore pour estimer la sensibilite spectrale de l'instrument. Mes resultats confirment que le X-IFU atteindra ses exigences en taux de comptage pour des sources etendues brillantes. Ils demontrent aussi qu'une bonne connaissance des raies spectrales, ainsi que du niveau bruit de fond instrumental (a mieux que 2%) est indispensable pour eviter des erreurs systematiques dans le traitement des donnees. L'analyse des performances doit cependant etre couplee a des etudes de faisabilite des objectifs scientifiques du X-IFU. Cela concerne particulierement les observations de sources etendues, qui feront appel a tout le potentiel de l'instrument. La deuxieme partie de ce travail analyse les capacites du X-IFU a caracteriser les proprietes physiques et chimiques du milieu intra-amas, ainsi que sa turbulence. Pour obtenir des simulations representatives, des modeles ou d'autres simulations numeriques sont utilises comme point de depart de ces etudes. Mes resultats montrent la puissance du X-IFU a mesurer les proprietes des amas de galaxies, meme a haut redshift (z ∼ 2) et sur des temps d'exposition de 100 ks. Je presente egalement une nouvelle facon d'aborder les biais sur les diagnostics spectraux. Elle permettra d'optimiser les observations de la turbulence dans les amas. Enfin, pour remplir ses objectifs scientifiques, le X-IFU necessitera une calibration tres precise. La troisieme partie de cette these aborde differents points de la calibration du X-IFU, notamment la connaissance de son echelle de gain, de son efficacite quantique et de son bruit de fond instrumental. Je demontre que de nouvelles methodes de correction de gain et de surveillance du niveau de bruit de fond instrumental sont necessaires pour verifier les specifications attendues. Ces resultats permettent d'optimiser l'architecture de l'instrument (par ex., sources modulees de rayons X, strategies de corrections) et de mieux preparer ses phases de calibration au sol et en vol. Les etudes de calibration se feront aussi et surtout par des essais en conditions representatives, comme dans le banc cryogenique developpe et caracterise a l'IRAP au cours de ma these. (auteur)