Grâce à leur flexibilité, les convertisseurs électrochimiques à haute température basés sur des cellules à oxyde solide (SOC) permettent de co-électrolyser la vapeur d’eau et le CO2 afin d'obtenir un gaz synthétique, précurseur essentiel pour la production de carburants synthétiques (e-fuels). Toutefois, pour atteindre une production industrielle, les performances et la durabilité des SOC doivent encore être améliorées. En effet, lors d’un fonctionnement en co-électrolyse, l'électrode standard Ni/YSZ est sujette à des évolutions microstructurales et à un dépôt de carbone. Pour limiter ces dégradations, il a récemment été proposé d'infiltrer l'électrode avec un catalyseur à base de cérine (GDC). Néanmoins, le rôle exact du GDC reste mal connu à ce jour. Cette thèse vise donc à apporter une meilleure compréhension du fonctionnement et de la dégradation de l’électrode infiltrée par une approche de modélisation ab initio couplée à des simulations de cinétiques électrochimiques. Dans un premier temps, les mécanismes à l’échelle atomique seront étudiés en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité électronique (DFT). Ces mécanismes réactionnels serviront ensuite de données d'entrée pour un modèle électrochimique capable de simuler les performances et la dégradation en fonction d'une microstructure donnée. Par ailleurs, le CEA/Liten a développé un outil numérique permettant de générer des microstructures synthétiques représentatives des électrodes infiltrées. Cet outil, appliqué à l’électrode GDC-Ni/YSZ, sera couplé aux modèles électrochimiques afin de mener une optimisation microstructurale. Les résultats obtenus permettront de proposer des recommandations pour la fabrication d'électrodes optimisées pour la co-électrolyse au CEA.