Nos travaux portent sur la modelisation et la resolution de problemes d'optimisation combinatoire emergeant dans le cadre de la planification de missions spatiales. Ces problemes de grande taille presentent des caracteristiques communes en termes de types de donnees, de contraintes et de criteres a optimiser. Nous nous focalisons sur l'apport de la programmation lineaire pour ces problemes, associee a des methodes de simplification de l'espace de recherche, par decomposition ou grace a des techniques de propagation de contraintes. Nous avons plus particulierement etudie deux problemes. Le premier concerne la planification de communications sonde/satellite et d'experiences dans un projet d'exploration martienne. Une decomposition de ce probleme permet de le formuler comme deux problemes independants : un probleme de planification des communications que nous modelisons et resolvons par programmation lineaire en nombres entiers, et un probleme d'aide a la decision pour la planification des experiences, pour lequel nous etablissons des courbes d'evaluation de la charge des ressources deduites de l'application de techniques de propagation de contraintes basees sur un raisonnement energetique. Le second probleme etudie est celui de la planification de prises de vue d'un satellite d'observation de la Terre. Nous proposons un modele lineaire en variables mixtes et nous developpons une approche de resolution par generation de colonnes, qui est une adaptation de la programmation lineaire au traitement de problemes de grande taille, faisant appel a certaines techniques de decomposition des modeles.