Par la présente étude nous expliquons et illustrons nos travaux sur la propagation d'ondes sismiques en roche carbonatée avec des approches expérimentale et numérique à l'échelle des carottes géologiques au laboratoire. Notre objectif principal consiste à produire des données sismiques qui sont comparables aux données du terrain dans l'optique de transférer au laboratoire les connaissances et techniques acquises et développées pour la sismique de terrain. En retour, les données acquises dans des conditions bien contrôlées à l'échelle du laboratoire peuvent contribuer aux benchmarking tests sur les approches d'imagerie les plus récentes ainsi que les procédures de traitement des données. Sonder les roches naturelles par les ondes ultrasonores est plutôt commun dans de nombreux domaines tels la diagraphie acoustique, le génie civil et la science des matériaux. En termes de sources sismiques, les transducteurs piézoélectriques (PZT) couramment utilisés, ainsi qu'un pulse laser utilisé spécialement dans le cadre de nos mesures, sont appliqués aux configurations expérimentales. En termes de récepteurs, un vibromètre laser monopoint (LDV) est employé dans la plupart des expérimentations. En outre, un vibromètre 3D fut utilisé pour des mesures multi-composantes. L'originalité de ces travaux se trouve dans la caractérisation intégrale de la source laser dans un contexte géophysique et son application sur les carottes carbonatées comme une source sismique Haute Fréquence (HF, Mégahertz), ce qui nous permet de proposer des configurations originales et efficaces pour sonder les carottes carbonatées, aussi bien en expérimentation qu'en simulation. Nous avons construit et validé un prototype comprenant une configuration source-récepteur de type PZT-LDV ou Laser-pulse-LDV. Quant à la simulation numérique, nous avons adapté un code Fortran, initialement dédié au développement à l'échelle du terrain, aux productions numériques à hautes fréquences (HF) à l'échelle du laboratoire. Nous détaillerons les résultats des calibrations sur les outils expérimentaux et numériques ainsi qu'une analyse de la polarisation sur des mesures multi-composantes, les résultats de la caractérisation de la source pulse-laser et ceux de la tomographie en se basant sur les temps des premières arrivées (FAT). Les inversions se font avec un méthode multi-grilles. Parallèlement, des simulations par éléments finis en 2D/3D (code parallélisé) ont été effectuées avec la méthode Galerkin discontinu avec pénalité intérieure. Nous démontrerons également la possibilité d'analyser l'anisotropie sismique d'une carotte à partir du FAT. La dernière génération de méthode d'imagerie sismique fait intervenir à la fois les données observées et les données synthétiques, comme dans la méthode prometteuse de l'inversion de formes d'ondes complètes (FWI), cette méthode pouvant repousser davantage les limites de la résolution de la tomographie classique.