Certains besoins économiques, sociétaux ou environnementaux nécessitent une caractérisation approfondie des structures géologiques du sous-sol. Parmi les différentes méthodes géophysiques, la sismique est sans doute celle qui est le plus souvent privilégiée. Imager et caractériser le sous-sol à partir de données réelles acquises sur le terrain est cependant un problème inverse généralement di fficile à résoudre. Il l'est d'autant plus si le problème direct associé n'a pas été au préalable "maîtrisé" a minima, c'est-à-dire si l'on ne dispose pas d'une modélisation réaliste de la propagation des ondes. Pour cela, il semble essentiel, pour modéliser les données sismiques synthétiques a fin de les rendre comparables aux données réelles, d'identi fier et de comprendre en premier lieu les facteurs géologiques et/ou physiques de premier ordre qui in fluencent la propagation des ondes dans une con figuration donnée. Cela suppose qu'on prenne en compte à la fois les lois de comportement des couches géologiques traversées et les lois de contact entre ces couches, mais aussi les limitations introduites par le système d'observation constitué par les ondes sismiques. Ce mémoire décrit les travaux que j'ai menés essentiellement sur la compréhension et la modélisation de l'interaction ondes/interfaces en me basant sur des approches pluridisciplinaires. Outre l'aspect fondamental d'une meilleure connaissance des mécanismes physiques sous-jacents à la propagation des ondes dans des milieux complexes (e.g., les résolutions sismiques verticale et latérale, la dé finition du ré flecteur sismique 3D, la diffusion d'interface et l'in fluence de l'anisotropie sur les ondes de surface), des aspects plus appliqués, dédiés notamment à l'exploration de gisements énergétiques ou à la surveillance de réservoirs géologiques de stockage du CO2, ont été également développés.