Les neuropathies optiques comme le glaucome sont souvent des maladies tardives, évolutives et incurables. Malgré les progrès récents de la recherche clinique, de nombreuses questions relatives à l’étiologie de ces troubles et à leur physiopathologie restent ouvertes. De plus, les données sur les tissus postérieurs oculaires sont difficiles à estimer de façon non invasive et leur interprétation clinique demeure difficile en raison de l’interaction entre de multiples facteurs qui ne peuvent pas être facilement isolés. L’utilisation récente de modèles mathématiques pour des problèmes biomédicaux a permis de révéler des mécanismes complexes de la physiologie humaine. Dans ce contexte très enthousiasmant, notre contribution est consacrée à la conception d’un modèle mathématique et computationnel couplant l’hémodynamique et la biomécanique de l’oeil humain. Dans le cadre de cette thèse, nous avons mis au point un modèle spécifique au patient appelé simulateur virtuel de mathématiques oculaires (OMVS), capable de démêler les facteurs multi-échelles et multi-physiques dans un environnement accessible en utilisant des modèles mathématiques et des méthodes numériques avancés et innovants. De plus, le cadre proposé peut servir comme méthode complémentaire pour l’analyse et la visualisation des données pour la recherche clinique et expérimentale, et comme outil de formation pour la recherche pédagogique. Dans la première partie de la thèse, nous décrivons l’anatomie de l’oeil et la physiopathologie du glaucome. Ensuite, nous définissons les choix de modélisation et l’architecture mathématique de l’OMVS (partie II). Dans la partie III, nous présentons la complexe géométrie oculaire et le maillage computationnel ainsi que les nouvelles méthodes numériques que nous avons développées, à savoir la méthode de Galerkin Discontinue Hybride avec conditions limites intégrales, et la technique de décomposition d’opérateur pour résoudre les systèmes EDP-EDO couplés. La quatrième partie de la thèse rassemble toutes les bibliothèques C++ qui ont été implémentées pour créer et résoudre l’OMVS. La partie V illustre les résultats de la simulation de l’OMVS, en particulier la stratégie de vérification et de validation, ainsi que certaines expériences virtuelles significatives sur le plan clinique. Ensuite, nous proposons une étude préliminaire de quantification d’incertitude, notamment une analyse sur la propagation des incertitudes et une analyse de sensibilité à l’aide des indices de Sobol (partie VI). Enfin, dans la dernière partie de la thèse, nous en tirons les conclusions et caractérisons différents projets qui pourront être intégrés dans l’OMVS à l’avenir.