Chaque jour, 15% des Européens sont exposés à des niveaux moyens de bruit ou de polluants atmosphériquesdépassant les valeurs seuils fixées par la législation européenne. L’intensité de la pollution de chaque polluant et sarépartition à l’échelle d’une agglomération dépendent des capacités d’émission des sources, des phénomènes dedispersion, et de l’environnement urbain. Il en résulte une variabilité spatiale du niveau de multi-exposition qui resteencore largement méconnue. L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier et de caractériser les situations de multiexpositionsur la ville de Besançon. Les niveaux sonores et les concentrations de plusieurs polluants atmosphériques denatures différentes (NO2, benzène, PM10 et PM2.5) ont été finement modélisés (2m x 2m). La compatibilité des modèlesa été maximisée par l’introduction d’inputs identiques dans les méthodologies de calcul Mithra-SIG pour le bruit, etCOPERT4/ADMS-urban pour les polluants. Dans un premier temps, l’impact de la définition du voisinage sur lesniveaux d’exposition a été exploré pour les deux pollutions. Douze indicateurs, présentant chacun une définitiondifférente de la zone d’exposition au voisinage du domicile, ont permis de quantifier les niveaux d'exposition autour des10865 bâtiments d’habitations bisontins. Les résultats obtenus mettent en évidence un impact significatif de ladéfinition de la zone d’exposition sur les niveaux. Les différentes définitions du voisinage conduisent à l'existence d'unbiais différentiel, dû à la prise en compte particulière des variables environnementales dans chacun des indicateurs. Cebiais se retrouve pour l'ensemble des polluants étudiés, bien que dans des proportions variables en fonction du polluant.Dans un second temps, l’étude des situations de multi-exposition bruit/NO2 a pu être réalisée. Les résultats obtenusindiquent l'existence d'une relation complexe et permettent de décrire les différentes situations de multi-expositionprésentes dans la ville. Ce travail de thèse constitue une des premières approches de ce type en France et permet demieux comprendre les relations existantes entre définition du voisinage, zones d'exposition, paramètresenvironnementaux et niveaux d'exposition. / Every day, 15% of the European population is exposed to average noise or air pollution levels exceeding theEuropean legal threshold. Levels and distribution of each pollutant across the city depend of individual sourcesemissions, dispersion phenomenon, and urban environment. Consequently, spatial variability of multi-exposure levelremains mostly unknown. The aim of this Ph. D. thesis is to identify and describe multi-exposure situations in the cityof Besançon. Environmental noise levels, and concentrations of several air pollutants (NO2, benzene, PM10 and PM2.5),have been modeled using a fine scale grid (2m x 2m). Model compatibility has been maximized by the use of commoninput into the calculation software Mithra-SIG (for noise) and COPERT4/ADMS-urban (for air pollutants). In a firsttime, impact of the neighborhood definition on exposure levels has been explored for both pollutions. Twelveindicators, each representing a different definition of the exposure area in the dwelling vicinity, have been used toquantify exposure levels around the 10 865 inhabitable building of Besançon. Obtained results show a significantimpact of the neighborhood definition on the exposure levels. Different neighborhood definitions lead to a differentialbias caused by a different accounting for environmental variables. This bias exists for all studied pollutant, but indifferent proportion depending on the pollutant. In a second time, situations of multi-exposure to noise and NO2 havebeen identified in the city. Results indicate a complex relation between pollutants and allow the description of severalmulti-exposure situations across the city. This work constitute one of the firsts approaches of this kind in France andallow a better understanding of the existing relations between neighborhood, exposure area, environmental parametersand exposure levels.