Dans cette thèse, nous nous intéressons aux problématiques soulevées par l'optimisation des tournées de véhicules pour la livraison en milieu urbain. Nous nous sommes attachés à la problématique des ressources synchronisées. Le contexte urbain impose des contraintes sur l'espace utilisable. Dans les modèles théoriques développés, cela se traduit par des contraintes de ressources communes à tous les véhicules. Le premier problème que nous avons développé traite de la livraison de colis avec fenêtre horaire en considérant de multiples options de livraison pour chaque commande. La synchronisation de ressources entre les livreurs vient de la prise en compte d'un niveau de service global ainsi que de la capacité de lieux de livraison partagé, tels que des consignes. Le second problème traité vise à optimiser la collecte et la livraison de colis via un système logistique à deux échelons. Les ressources synchronisées sont alors la capacité de stockage des entrepôts intermédiaires, appelé satellites. Pour résoudre ces problèmes, nous avons développé des méthodes de recherche à voisinage large basé sur de petites destructions. Nous avons aussi étudié leur hybridation avec la résolution de modèles MIP et de la programmation dynamique. Ainsi, nos méthodes sont catégorisées comme matheuristiques.