La litterature recente montre qu'il existe un potentiel important de decarbonation et d'amelioration de l'efficacite des reseaux d'energie, qui peut etre exploite grace a la synergie offerte par les systemes multi-energies (MES). Les technologies de couplages, telles que les centrales de cogeneration, les pompes a chaleur et les stockages thermiques, sont largement recommandees pour une flexibilite accrue et un meilleur taux de penetration des energies renouvelables dans les secteurs du chauffage et de l'electricite. Sur la base de ce constat, la taille et le nombre de technologies de couplage dans les reseaux de distribution de chaleur, telles que les centrales de production combinee de chaleur et d'electricite (cogeneration) et les pompes a chaleur (PAC), augmentent. Ces technologies etant exclusivement gerees par les gestionnaires de reseaux de chauffage urbain, leur fonctionnement devient parfois sous-optimal du point de vue du reseau electrique et elles peuvent entrainer une surcharge des reseaux de distribution d'electricite basse tension (en particulier pour les grandes puissances installees). Des modeles de simulation et d'optimisation integres sont necessaires pour exploiter efficacement les synergies sans compromettre les reseaux de distribution composants les MES. Ces modeles ne sont pas encore developpes. Les outils classiques de simulation mono-vecteur d'energie ne sont pas capables d'integrer les parametres de fonctionnement couple cles des reseaux de distribution multi vecteurs. Une nouvelle methodologie de simulation et d'optimisation de MES est developpee dans cette these, basee sur une approche d'Extended Energy Hub (EEH). Une structure generale de modelisation est d'abord proposee sous forme modulaire, afin de pouvoir etre facilement adaptee a tout type de reseaux energetiques multi vecteurs. Celle-ci est ensuite utilisee pour developper les details d'un modele integre de flux de charges regissant les reseaux couples de chauffage et de distribution d'electricite. Plusieurs etudes de cas, traitant de topologies de reseaux radiales et maillees, sont considerees pour la demonstration et la validation numerique du modele propose. Ce modele de flux de charges est en outre combine avec un algorithme d'optimisation afin de mener des etudes de flux de puissances integrees optimaux. Le potentiel offert par cette demarche est illustre par l'etude du placement optimal des technologies de couplage, comme les pompes a chaleur (PAC), dans les reseaux couples de chauffage et de distribution d'electricite. La capacite de l'outil developpe est de plus illustree par l'exploitation des synergies des reseaux couples en presence d'energies renouvelables intermittentes et d'un signal de prix de l'electricite variable. Il est demontre que les methodologies de simulation et d'optimisation basees sur l'EEH, proposees dans cette these sont tres efficaces, flexibles et facilement evolutives pour integrer les parametres de fonctionnement cles des reseaux integres d'electricite et de chauffage urbain. Les modeles developpes peuvent ainsi etre utilises comme plate-forme d'etudes de l'integration des reseaux intelligents et des reseaux thermiques intelligents. (auteur)