Les objectifs de cette thèse concerne la gestion de l'énergie dans les systèmes de production combiné d'électricité et de chaleur (cogénération) alimentés en gaz naturel. Dans un premier temps, après un état de l'art des coefficients d'échange et des corrélations de frottements caractéristique des Moteurs à combustion interne (MCI) est dressé puis un modèle une zone avec une contre-boucle idéale est réalisé. Une étude de sensibilité dégage un paramètre de réglage intéressant pour la cogénération dont l'influence est révélé dans un modèle plus fin avec une contre-boucle améliorée (prédictif), validé expérimentalement, qui fournit la production électrique et thermique du moteur. Une courbe générique [Rendement ; Puissance] est mise en évidence, par chacun de ces modèles, elle met en exergue, à travers la vitesse de rotation du moteur, deux régimes optimaux un de rendement et un de puissance ainsi qu'une plage de fonctionnement optimale. Dans un second temps on réalise une comparaison des principaux systèmes de cogénération : MCI, Turbines à combustion (TAC) et Piles à combustibles (PACo) nécessitant une approche plus robuste (analytique). L'ensemble de ces systèmes est modélisé, avec un souci de cohérence, suivant deux contraintes principales ; la dépense énergétique et la température maximum du cycle thermodynamique correspondant. Ces modèles sont capables de prévoir la production de Force (électrique) et de Chaleur et permettent une analyse énergétique, exergétique et étude de sensibilité aux principaux paramètres de conception et de réglages. On notera que les MCI suivent un cycle mixte général avec une distribution quelconque des combustions, que la modélisation des TAC présente trois configurations d'échangeurs dont deux inédites et que la chauffe des réactifs est prise en compte lors de la modélisation des PACo. Cette étude offre de nombreuses perspectives de développement tant en TDF (Thermodynamique en Dimension Fines), qu'en thermoéconomie.