Soit K le corps des fonctions d'une courbe projective lisse X sur un corps local supérieur k. On définit les groupes de Tate-Shafarevich d'un schéma en groupes commutatif en considérant les classes de cohomologie qui deviennent triviales sur chaque complété de K provenant d'un point fermé de X. On établit des théorèmes de dualité arithmétique entre des groupes de Tate-Shafarevich pour les modules finis, pour les tores, pour les groupes de type multiplicatif, et même pour les complexes à deux termes de tores. On applique ces résultats à l'approximation faible pour les tores sur K et à l'étude du principe local-global pour les Ktorseurs sous un groupe linéaire connexe. On exhibe aussi des exemples et des contre-exemples au principe local-global pour les algèbres simples centrales sur K.Abstract. Let K be the function field of a smooth projective curve X over a higher-dimensional local field k. We define Tate-Shafarevich groups of a commutative group scheme via cohomology classes locally trivial at each completion of K coming from a closed point of X. We establish duality theorems between Tate-Shafarevich groups for finite groups schemes, for tori, for groups of multiplicative type, and even for 2-term complexes of tori. We apply these results to the weak approximation for tori over K and to the study of the obstruction to the local-global principle for K-torsors under a connected linear algebraic group. We also give examples and counter-examples to the local-global principle for central simple algebras over K.