La comparaison, à différents niveaux (systèmes de villes, villes, quartiers), de l'organisation spatiale et hiérarchique des systèmes urbains dans le monde fait apparaître des propriétés universelles (loi rang-taille, structure centre-périphérie des villes, etc.) mais également une grande variété de formes (notamment en termes de répartition des populations, densités, prix, activités). Si la théorie évolutionnaire urbaine et celles d'économie spatiale offrent des schémas explicatifs de cette émergence de formes, les modèles qui en sont issus se sont jusqu'à présent focalisé sur un seul niveau d'organisation spatiale, qu'il soit intra- ou inter-urbain. Dans une optique d'aménagement durable, il est important de disposer de modèles permettant de raisonner sur les inter-dépendances qu'entretiennent ces niveaux d'organisation du peuplement. Cette thèse présente une famille de modèles entités-centrés et d'outils dédiés à l'étude de cette problématique par la simulation à base d'agents. Ils s'inscrivent dans le projet Simpop et sont mis en oeuvre sur la comparaison des morphogenèses urbaines en Europe et aux Etats-Unis, sur la période 1800-2000. Ils incluent notamment le simulateur simpopNano, accompagné d'un environnement modulaire construit autour d'un SIG pour une exploitation systématique, intelligente et collective de modèles spatiaux. Ensemble, ils confortent l'idée que la seule différence des maillages des réseaux viaires des villes suffit à exprimer des répartitions spatiales plus diffuses sur les grilles américaines que sur les plans radioconcentriques européens. Ce modèle intra-urbain est ensuite articulé avec le modèle de systèmes de villes Simpop2 dans un modèle multi-niveaux, inter et intra-urbain. Il est le point d'ancrage d'une comparaison d'approches dédiées à l'intégration de modèles dynamiques associés à différents niveaux d'abstraction.