Cette these porte sur l'elaboration de methodes et d'outils numeriques pour l'aide a la conception et a l'optimisation d'echangeurs de chaleur compacts et diphasiques. Les echangeurs de chaleur forment une famille de systemes industriels tres grande et sont utilises des lors qu'un procede necessite de transferer de l'energie sous forme de chaleur d'un milieu a un autre. Dans une conception sur mesure, le defi est de trouver la structure d'echange qui apporte le meilleur compris entre apport de masse, augmentation de la perte de charge et augmentation du coefficient d'echange de chaleur. Dans le cas des echangeurs diphasiques, les phenomenes de pertes de charge, de transferts thermiques et de changement de phase sont issus de couplages forts et complexes entre les proprietes du fluide, de surface des parois et les conditions operatoires. En phase de conception, des outils numeriques de dimensionnement et de simulation adaptes sont donc necessaires pour definir les structures d'echanges appropriees. La premiere partie de cette these est ainsi dediee a la modelisation numerique du fonctionnement d'un echangeur de chaleur diphasique. Notre idee a ete d'aborder la modelisation des ecoulements diphasiques et des differents phenomenes avec une approche par milieux poreux equivalent. Nous avons developpe un modele d'ecoulement diphasique simplifie a 4 equations qui est le modele d'Euler de melange avec especes. Ce modele est fonde sur l'hypothese d'equilibre mecanique et thermique local entre les phases liquide et vapeur a chaque instant. Un code de simulation numerique a ete realise sous FORTRAN pour resoudre le systeme d'equations du modele instationnaire dans des domaines cartesiens, reguliers et multidimensionnels. La methode de resolution utilisee est un schema numerique de type Godunov et les flux conservatifs sont calcules par un solveur de type HLLC où l'on resout de facon approchee des problemes de Riemann sur chaque bord de maille des cellules de calcul. Des cas tests monodimensionnels ont permis de valider la methode de resolution utilisee dans le code de simulation. La deuxieme partie de cette these est dediee a la mise en place de moyens experimentaux permettant de determiner la formulation de grandeurs essentielles a la resolution macroscopique des ecoulements diphasiques. Nous avons donc concu et realise un dispositif experimental, avec sa chaine d'acquisition et de controle, equipe de deux circuits hydrauliques alimentes en n-pentane pour etudier soit l'ebullition soit la condensation. Des prototypes d'echangeur compacts metalliques de type plaques et ailettes avec structures lattices servant a remplir la fonction d'ailettes ont ete concus pour la fabrication additive et realises par un procede de fusion laser sur lit de poudre. Le dispositif se distingue par une utilisation approfondie de la metrologie infrarouge pour identifier les zones caracteristiques de fonctionnement et etudier les variations spatiales des transferts de chaleur dans les prototypes. Les premieres campagnes de mesures realisees ont permis de rassembler des donnees experimentales validant de facon qualitative les protocoles experimentaux. Pour chaque point de fonctionnement, les profils de coefficient d'echange de chaleur diphasique, de pertes de charge et de titre massique en vapeur ont ete determines. (auteur)