L’urbanisation des pays développés et en voie de développement entraîne des effets négatifs liés à la pollution de l’air, aux émissions de gaz à effet de serre et à la congestion dans les villes. Cette thèse étudie les effets des formes urbaines sur la pollution, la congestion, les distances domicile-travail et le bien-être des citadins. Nous construisons un modèle théorique de ville polycentrique incluant des choix de localisation résidentielle avec la présence d’externalités négatives de pollution et de congestion provenant des flux de transport, où la localisation des lieux d’emploi est déterminée de manière endogène. Une analyse empirique des déterminants spatiaux des distances et des temps de déplacement domicile-travail est menée avec les aires métropolitaines françaises comme cas d’étude. Cette thèse souligne la nécessité d'une approche prudente pour mettre en œuvre certaines politiques urbaines qui garantiraient un développement durable des villes. Une ville polycentrique peut être une ville souhaitable ou non en fonction (i) de l'accessibilité des lieux d’emplois, (ii) de la qualité de l'infrastructure routière (vitesse élevée ou non), (iii) de la densité d'emploi dans les villes et de (iv) la répartition de la population et des emplois. Cette thèse démontre également le rôle significatif de la demande de logements endogène sur les structures urbaines en présence d’une externalité négative de congestion des transports non tarifée. Certains projets de densification urbaine devraient reconsidérer et quantifier les externalités négatives (congestion et pollution) qui surviennent lorsque la population augmente dans une ville. Ces externalités sont des coûts indirects dus à l'ajustement de la demande de logements et de transport à long terme. / Urbanization in developed and developing countries has major drawbacks regarding air pollution, Greenhouse Gas (GHG) emissions and congestion externalities due to transport in car-based cities. In this thesis, we study the effects of urban design on pollution, congestion, traveled distances and welfare. We build a theoretical model of residential choices with pollution and congestion externalities arising from commuting, where the location of jobs within the city is endogenous. Finally we collect data from French metropolitan areas to conduct an empirical analysis of spatial determinants of commuting time and distances. This thesis highlights the need of a cautious approach to implement some urban policies that would guarantee a sustainable development of a city. A polycentric city may be a desirable city or not depending on the (i) accessibility of workplaces, (ii) the quality of road infrastructure (high speed), (iii) the employment density and (iv) the distribution of population and workplaces in cities. This thesis also demonstrates the significant role of the housing demand on urban structure when the latter is endogenous in a context of unpriced transport congestion. Some urban densification project might reconsider and quantify the negative externalities (congestion and pollution) which arise when the population grows within any city. These externalities are indirect costs due to the adjustment of the housing and transport demand in the long run.