Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la théorie de la décision algorithmique, qui est une discipline au croisement de la théorie de la décision, la recherche opérationnelle et l'intelligence artificielle. Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation de plusieurs modèles décisionnels pour résoudre des problèmes de décision séquentielle dans l'incertain, d'optimisation robuste, et d'optimisation multi-agents équitable. Pour résoudre efficacement ces problèmes, nous utilisons des méthodes de type maître-esclaves, dites à base d'oracles dans la thèse. Ces méthodes permettent de résoudre des problèmes de grande taille en procédant de manière incrémentale. Une attention particulière est portée au modèle de l'espérance d'utilité antisymétrique et bilinéaire, au modèle de l'espérance d'utilité pondérée et à leurs pendants en décision multicritère. L'intérêt de ces modèles est multiple. En effet, ils étendent les modèles standards (e.g., modèle de l'espérance d'utilité) et permettent de représenter un spectre étendu de préférences tout en conservant leurs bonnes propriétés théoriques et algorithmiques. La thèse apporte des réponses sur des aspects théoriques (e.g., résultats de complexité algorithmique) et sur des aspects opérationnels (e.g., conception de méthodes de résolution efficaces) aux problèmes soulevés par l'emploi de ces critères dans les contextes susmentionnés. / This thesis falls within the area of algorithmic decision theory, which is at the crossroads between decision theory, operational research and artificial intelligence. In this thesis, we study several decision models to solve problems in different domains: sequential decision problems under risk, robust optimization problems, and fair multi-agent optimization problems. To solve these problems efficiently, we use master-slave algorithms which solve the problem through an incremental process. These procedures, referred to as oracle methods in the thesis, make it possible to solve problems of large size. A particular attention is given to the skew-symmetric bilinear utility model, the weighted expected utility model and their counterparts in multicriteria decision making. These models are interesting at several respects. They extend the standard models (e.g., the expected utility model) and allow to represent a broader class of preferences while retaining their good theoretical and algorithmic properties. The thesis focuses both on theoretic (e.g., complexity results) and operational (e.g., design of practically efficient solution methods) aspects of the problems raised by the use of these criteria in the domains aforementioned.