Cette thèse a pour objectif le développement de méthodes numériques innovantes pour la conception optimale de forme en aérodynamique et plus généralement pour les problèmes d'optimisation multicritère ou multidisciplinaire dans un contexte aéronautique. La première partie est consacrée à l'amélioration de l'efficacité des algorithmes d'optimisation de forme en matière de convergence. Dans un premier volet, on a développé des algorithmes d'optimisation multiniveaux qui, à l'instar des méthodes multigrilles particulièrement performantes en convergence itérative, s'appuient sur une hiérarchie de paramétrisations emboîtées.Dans un deuxième volet, on a proposé des techniques d'adaptation automatique de la paramétrisation par régularisation. Par des simulations d'écoulements tridimensionnels autour de géométries de voilures d'avions, on a résolu des problèmes de réduction de traînée en transsonique et de réduction de critère de bruit en supersonique et montré que les algorithmes multiniveaux auto-adaptatifs permettaient de réduire le coût du calcul d'environ un ordre de grandeur. La deuxième partie est consacrée au traitement d'un problème d'optimisation concourante où le concepteur aérodynamique interagit avec le concepteur structural, parallèlement dans un jeu symétrique de Nash, ou hiérarchiquement dans un jeu de Stackelberg. On a proposé et expérimenté avec succès des algorithmes de calcul d'équilibre pour cette optimisation couplée aéro-structurale dans une situation où le critère aérodynamique est prépondérant.