Cette thèse vise à explorer l'interaction entre le microbiote intestinal et le métabolisme énergétique de l'hôte, tout en développant des méthodes d'analyse adaptées aux données métagénomiques. Notre étude menée sur une cohorte de jeunes hommes révèle que les athlètes d'endurance présentent un microbiote intestinal distinct, caractérisé par une augmentation de certaines espèces bactériennes et de métabolites spécifiques. Par ailleurs, une transplantation de microbiote fécal (FMT) de ces athlètes chez des souris améliore leur sensibilité à l’insuline et leurs réserves musculaires de glycogène, soulignant le rôle fonctionnel du microbiote dans la régulation du métabolisme énergétique. Ensuite, une nouvelle approche statistique est proposée afin d’explorer les signaux de faible amplitude (bactéries faiblement exprimées), souvent occultés par les espèces dominantes. Cette transformation permet d'améliorer la détection d’associations entre le microbiote et la physiologie de l'hôte, et optimise les performances des modèles prédictifs en apprentissage automatique. Notre approche améliore aussi l'interprétabilité des différentes méthodes d'analyses.