Avec la croissance exponentielle du trafic lié au développement de la vidéo et des services d’Internet, les systèmes WDM évoluent régulièrement pour augmenter la capacité de la fibre optique. Pour atteindre cet objectif, les concepts d’«élasticité» et de grille WDM flexible ont été introduits et ont conduit au développement de nouveaux équipements optiques. Dans le cadre des réseaux flexibles, le dimensionnement de réseaux se complexifie, et les outils de dimensionnement traditionnels doivent être repensés. De plus, des problèmes stratégiques et technologiques apparaissent avec l’arrivée de ce nouveau concept. Presque tous les équipements optiques doivent être remplacés par d’autres mieux adaptés, entraînant un coût de déploiement additionnel. Ce travail propose et implémente des nouveaux outils mathématiques et logiciels de dimensionnement multicouche des réseaux optiques flexibles. Des cas d’usage intéressants à étudier dans le cadre des réseaux flexibles sont aussi identifiés et proposés dans cette thèse. De même, ce travail traite les problèmes principaux émanant de la flexibilité optique. De façon plus spécifique, nous étudions le problème de la fragmentation du spectre WDM flexible dans les réseaux d’opérateurs et proposons des solutions. De plus, nous proposons et évaluons un cas d’usage qui combine l’élasticité et la restauration optique du trafic dans un contexte multicouche. Enfin, nous identifions et proposons une solution au problème lié à l’utilisation des amplificateurs optiques dans les réseaux flexibles / With the exponential growth of traffic driven by video and Internet services, WDM systems evolve regularly to increase optical fiber capacity. To meet the relentless need for capacity, advanced features have been integrated into optical layer leading to the notion of channel flexibility (datarate elasticity, flex-grid). In contrast, with the potential benefits that optical channel flexibility provides, network dimensioning gets even more complicated, and traditional dimensioning tools should be rethought. Moreover, some strategic and technological problems appear with optical layer flexibility. Almost, all legacy equipment in the optical layer needs to be replaced by greenfield and well-adapted equipment, which requires new investments. Furthermore, spectrum fragmentation has been identified as the main disadvantage of optical layer flexibility. This work proposes and implements different mathematical multilayer tools for network dimensioning with the aim of evaluating optical layer flexibility. It identifies profitable and advantageous use cases and networking scenarios that bring forward the interest of flex-grid and elasticity. This work also deals with the potential troubles of flexibility and provides solutions to them. Specifically, we thoroughly investigate spectrum fragmentation in operator network context, and propose some traffic engineering strategies. We propose and evaluate a new use case that combines datarate elasticity and optical restoration within a multilayer context. Finally, we state a new drawback of flex-grid technology regarding the use of legacy optical amplifiers with flex-grid networks and provide a solution to overcome this problem