De nos jours la quasi-totalité des grandes métropoles du monde comptent avec des réseaux de transport étendus et ont pour la plupart satisfait leurs besoins de construction d’ouvrages souterrains. Cependant le parc des ouvrages existants est vieillissant et une part importante est en service depuis plusieurs décennies, par conséquence, l’entretien et la pérennisation des infrastructures souterraines existantes un enjeu majeur pour la gestion et le développement des villes. En vue d’améliorer leur politique de maintenance, c’est-à-dire pérenniser leur patrimoine et le maintenir dans de bonnes conditions de sécurité et d’exploitation, il est nécessaire que les gestionnaires d’ouvrages puissent mettre à jour leurs techniques de diagnostic (AFTES, 2005). Il est donc impératif de disposer d’outils leur permettant de mieux évaluer l’état réel des ouvrages. Or les méthodes dont disposent à l’heure actuelle les gestionnaires sont le plus souvent soit insuffisantes pour apporter une information quantitative de qualité, soit mal adaptées aux contraintes de ces ouvrages. Dans ce contexte, le projet ANR MéDiTOSS « Méthodologie de Diagnostic des Tunnels et Ouvrages Souterrains en Service » vise à développer une nouvelle méthodologie de diagnostic adaptée à ce type d’ouvrage en caractérisant les différents composants de l’ouvrage (structure du revêtement, terrain encaissant ainsi que leur interface ou contact). L’objectif de cette thèse est de fournir au gestionnaire des indicateurs physiques et mécaniques lui permettant d’orienter sa politique de maintenance en s’appuyant sur une expertise plus certaine. / Maintenance and sustainability of underground structures are the major tasks for infrastructures’ owners. To carry out these tasks, managers need to qualify the actual state of these facilities. There are very few operational methods to describe separately each component of an underground structure (structure lining, contact interface and surrounding soil). Most of them are mainly based on visual inspection. Nevertheless only the intrados of the tunnel is open to visual inspection. To improve their maintenance policy, that is to say sustain their heritage and keep it in good conditions of safety and operational, it is necessary that manager’s can update their diagnosis methods (AFTES, 2005). It is therefore imperative to have tools to better assess the actual condition of structures. However, the methods available at present managers are often either insufficient to provide quantitative information quality or poorly adapted to the constraints of these works. In this context, the ANR project MéDiTOSS "Methodology Diagnostic Tunnels and Underground Structures in Service" aims to develop a new diagnostic methodology adapted to this type of work characterizing the various components of the structure (structure of the lining, enclosing soil and their interface or contact). The objective of this thesis is to provide to the managers of physical and mechanical indicators that will guide its maintenance policy based on a certain expertise.