La métabolomique aspire à l'analyse globale des métabolites contenus dans un fluide ou tissu biologique et à la découverte d'éléments aidant à la compréhension des modifications phénotypiques survenues lors d'un phénomène spécifique, comme l'exposition à un facteur environnemental ou une pathologie. Cette thèse a pour but de développer de nouvelles approches analytiques visant à améliorer la couverture des métabolites et d'élaborer de nouveaux traitements de données permettant l'extraction de l'information pertinente au sein de données de grande dimensionnalité. Ces nouveaux outils ont été appliqués à la recherche clinique et l'insuffisance rénale chronique dans le but d'apporter de nombreuses améliorations liées au diagnostic précoce, au pronostic, à la compréhension des mécanismes biochimiques et au suivi des patients lors de la dialyse et de la transplantation de rein. Ce travail de thèse met en évidence l'intérêt de la métabolomique dans un contexte clinique et son importance en vue d'une médecine personnalisée.