Les structures optiques diffractives sous forme d’hologramme de sécurité sont largement employées contre la falsification et la contrefaçon.Elles sont présentent sur les billets de banque, les documents de voyage et d’identité, etc. Leurs techniques de fabrication sont de plus en plus accessibles, augmentant les risques de fraudes et la concurrence sur le marché des hologrammes de sécurité. Pour endiguer les fraudes et gagner des parts de marché, il faut innover. Ces travaux de thèse de doctorat s’articulent autour du développement de structures optiques diffractives multiéchelles innovantes. Ces structures diffractives multiéchelles sont la combinaison de structures diffractives microscopiques permettant la mise en forme de la lumière incidente avecdes structures nanoscopiques qui permettent la création d’effets colorés. Ces travaux accordent une grande place au développement de la technique de photolithographie multiniveaux par écriture directe massivement parallèle. Ils abordent également le développement d’un modèle hybride permettant de simuler physiquement le comportement des structures diffractives (notamment de nos structures multiéchelles) en temps réel. Ce rendu en temps réel est possible grâce à l’utilisation du processeur graphique (GPU) au travers d’OpenGL et des programmes Shader, ainsi qu’avec l’utilisation de données précalculées. Le développement de ces structures multiéchelles permet la création et la commercialisation de nombreux nouveaux effets visuels, ce qui participe aux doubles objectifs de contrer les fraudes et de gagner en part de marché. / Diffractive optical structures on the fon of security holograms are widely used against forgery and counterfeiting. They are present on banknotes, travel and identity documents, etc. Their manufacturing techniques are becoming more and more accessible, increasing the risk of fraud and competition in the security hologram market. To stem fraud and gain marketshare, hologram procedures must innovate continously. This Ph.d focuses on the developmentof innovative multi-scale diffractive optical structures. These multi-scale diffractive structures result from combination of microscopic diffractive structures that shape the incident light and nanoscopic structures that generate colored effects. This work places emphasis on the development of the massively parallel-direct-write greyscale photolithography fabrication process. We also discuss the development of an hybrid model for physically simulating the behaviour of diffractive structures (especially our multiscale structures) in real time. This real time rendering is possible thanks to the use of the graphical processor unit (GPU) through OpenGL and Shader programs, as well as the use of precomputed data. The development of these multiscale structures has led to the creation and commercialisation of many new visual effects and contributed to the dual objectives of counter fraud and gain market share.