Ce manuscrit d'habilitation présente dix ans de recherche sur la conception des systèmes embarqués de haute performance selon trois axes de recherche. Le premier axe porte sur l'utilisation de modèles de flux de données de calcul pour programmer des puces hétérogènes multicœurs. Des extensions de la sémantique du flux de données ont été proposées, ainsi que des optimisations basées modèles pour automatiser le déploiement d'applications sur des systèmes de calcul à haute performance. Le deuxième axe concerne l'utilisation d'approximations pour réduire la complexité de calcul des systèmes complexes. Des méthodes de caractérisation rapide des erreurs causées par les approximations ont été développées, ainsi que des techniques pour exploiter la résilience des algorithmes de vision artificielle aux artefacts de la compression d'images avec perte. Le troisième axe concerne le développement d'agents artificiels frugaux basés sur les graphes de programmes entremêlés (TPGs). Des contributions ont été proposées pour accélérer l'apprentissage des TPGs grâce à la parallélisation, et pour accélérer l'inférence pour les dispositifs à faible puissance grâce à la génération d'un code d'inférence dédié. Le dernier chapitre du manuscrit présente les perspectives de recherche ouvertes, notamment l'exploration multi-objectifs et multi-contraintes de l'espace de conception.