Les développements technologiques permettent aujourd'hui l'élaboration de systèmes optiques interférentiels composés d'un grand nombre de composants. Ainsi, des formules de filtres diélectriques multicouches comportant plusieurs dizaines ou centaines de couches minces ont été proposées. La combinaison cohérente de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de sources laser fibrées fait également l'objet de nombreux travaux de recherche. De même, d'autres systèmes comme les réseaux diffractifs bi et tridimensionnels composés d'un grand nombre d'ouvertures peuvent être étudiés. L'évaluation de la robustesse de tels systèmes interférentiels aux incertitudes de fabrication constitue un enjeu important mais d'autant plus difficile que le nombre de paramètres décrivant le système est grand. Dans ce document de synthèse, sont rappelés, dans un premier temps, les méthodologies liés aux plans d'expériences numériques et les résultats concernant leur qualité d'exploration des espaces de grandes dimensions au moyen de la construction d'un graphe : l'Arbre de Longueur Minimale. Dans une seconde partie, l'analyse de l'influence des incertitudes des paramètres d'entrée de systèmes interférentiels sur leurs performances est illustrée au moyen de deux applications : les filtres interférentiels multidiélectriques et la combinaison cohérente de sources laser fibrées. La méthodologie mise en oeuvre permet notamment d'identifier les incertitudes et les synergies les plus critiques au sein du système tout en construisant des métamodèles représentatifs. A partir de ces acquis, la caractérisation spatiale du speckle de surfaces rugueuses et plus généralement la caractérisation de la variabilité spatiale de phénomènes optiques sont ensuite explicitées. Enfin, les perspectives scientifiques issues de l'ensemble de ces activités de recherche sont développées. (PS : Les planches présentées lors de la soutenance ont été ajoutées en annexe du document original : pages 170 à 202).