La gestion efficace des ressources est une dimension importante dans le domaine du Cloud computing tant pour des raisons économiques qu’écologiques. Il a été observé que les ressources des infrastructures Cloud ne sont utilisées qu’à hauteur de 20% en moyenne. Pour améliorer son modèle économique, un fournisseur de Cloud doit chercher à optimiser l’utilisation de l’ensemble de ses ressources matérielles sans jamais enfreindre la qualité de service minimale qu’il a contractualisé avec ses clients. L’objectif de cette thèse est d'exploiter les ressources hétérogènes inutilisées du Cloud pour des applications avec garanties de qualité de service. Pour cela, la thèse présente quatre contributions. La première se concentre sur l’estimation de la capacité réelle d’une machine virtualisée utilisant des périphériques de stockage SSD en tenant compte des performances variables causées par des interférences. La deuxième vise à estimer les ressources futures inutilisées d'une infrastructure Cloud et anticiper les risques d'impact sur la qualité de service. Puis, une troisième contribution démontre la possibilité d'exploiter efficacement les ressources inutilisées du Cloud pour des applications de données volumineuses sans perturber les applications des fournisseurs de ressources. Enfin, une dernière contribution propose de vérifier la bonne exécution d’une application dans un environnement sans confiance.