Suite à l’expansion croissante des infrastructures de génie civil tout au long du vingtième siècle, le problème d’Inspection, Maintenance et Réhabilitation (IM&R) des ouvrages bénéficie actuellement d’une attention toute particulière. L’importance du problème se manifeste dans les pays industrialisés du fait de l’importance de leur patrimoine, sans cesse grandissant, en termes d’ouvrages de génie civil vieillissants. Par ailleurs, on assiste dans les pays en voie de développement à une accumulation des besoins de maintenance à cause du manque de budgets nécessaires pour de tels travaux. Ainsi, la réallocation des dépenses budgétaires pour l’inspection, la maintenance et la réhabilitation des structures existantes se fait au détriment des nouvelles constructions. Dans ce contexte, la gestion de la durée de vie des structures existantes devient un enjeu majeur de la société. La surveillance des structures au moyen de capteurs permanents (connue sous le terme Structural Health Monitoring « SHM »), permet d’identifier et de suivre l’état de dégradation, afin d’en tirer des indicateurs sur la santé structurale et la durée de vie résiduelle. Mais cette instrumentation étant coûteuse, trouver une configuration optimale pour l’installation des capteurs est indispensable. Une autre méthode, plus couramment utilisée, se base sur une surveillance ponctuelle des structures par des inspections visuelles et/ou des techniques de détection non destructives. Or, ces moyens de surveillance ponctuelle permettent difficilement de détecter tout défaut dans la structure lors d’une visite. Dans certains cas, par exemple, un défaut critique pourrait apparaître entre deux inspections successives et ne pas être détecté à temps. Ce travail de recherche a donc pour objectif d’améliorer les méthodes de détection, de localisation et de caractérisation d’endommagements ainsi que l’optimisation de la configuration des capteurs afin d’aboutir à une détection qui soit, à la fois, efficace et rentable.Dans un premier temps, une synthèse bibliographique est présentée passant en revue les travaux concernant la surveillance des structures, les méthodes de détection ainsi que les méthodes d’optimisation. Dans un deuxième temps, quatre méthodologies ont été développées :La première méthodologie, basée sur une mise à jour bayésienne, concerne la détection d’endommagements dans une structure sans avoir à résoudre le problème inverse qui est généralement mal défini. Le grand avantage de cette méthode réside dans sa capacité à prendre en considération, systématiquement et de façon transparente, toutes les incertitudes affectant le système structural ainsi que le système de mesure. Cette méthodologie est en outre développée pour renforcer les informations sur les éléments et/ou structures moins surveillés (dont l’état de dégradation est défini avec une grande incertitude) en profitant des informations sur des structures/éléments bien surveillés (dont l’état de dégradation est défini avec une faible incertitude). Une autre méthodologie s’intéresse à la fusion d’informations provenant d’une surveillance continue des structures et d’inspections conventionnelles afin de définir une planification optimale de surveillance et de maintenance des structures. Ensuite, une nouvelle approche de type proie-prédateur a été proposée pour l’optimisation de la configuration (i.e. nombre et emplacement) des capteurs au sein de la structure. Toutes ces méthodes ont montré leur efficacité à travers des applications numériques sur différents types de structures.