Cette thèse concerne la construction de formes tridimensionnelles. Nous utilisons une métaphore de sculpture virtuelle, c'est à dire une manipulation directe de la surface, sans structure de contrôle et où la représentation utilisée pour la surface demeure invisible. Notre travail est basé sur une représentation volumique. La surface modelée est représentée comme l'iso-surface d'un champ potentiel scalaire tridimensionnel échantillonné, qui permet de gérer de manière transparente les connexions et déconnexions. Un premier prototype, utilisant un échantillonnage régulier, nous a permis de valider les concepts d'interaction directe avec la surface via un outil contrôlé avec un périphérique d'entrée 3d. La surface évolue de manière indirecte à travers les modifications du champ potentiel induites par l'outil, mais du point de vue utilisateur, l'outil dépose ou repousse de la matière librement dans l'espace. Via la sélection et les opérations de copier/coller, il est possible de construire des outils de formes quelconques. Nous nous sommes également intéressés aux aspects importants de visualisation (stéréovision, reflets) et de retour haptique pour améliorer la perception, donc l'évaluation de la surface en cours de construction. Notre second prototype utilise une représentation hiérarchique adaptative permettant la construction de détails à différentes échelles et assurant l'interactivité de la mise à jour et de l'affichage. L'échantillonnage se raffine ou se simplifie dynamiquement et automatiquement, guidé par l'outil utilisé. La gestion proposée par file d'attente avec priorités autorise des extensions à plusieurs outils simultanés, éventuellement distribués sur des machines distantes.