Aujourd'hui, le développement de systèmes micromécatroniques nécessite d’intégrer un ensemble de fonctionnalités notamment l'actionnement et la mesure dans un volume de plus en plus réduit. La conception de tels systèmes demeurent ainsi une démarche délicate de par leur complexité et la prise en considération des effets de couplage entre la structure et ses mécanismes d’actionnement et de mesure. Plusieurs solutions ont été proposées dans la littérature en particulier les méthodes de conception optimale. Elles permettent entre autres le placement optimal du couple actionneur/capteur au sein d’une structure porteuse, l’optimisation simultanée ou séparée des dimensions des actionneurs, la conception avec performances garanties, la conception à partir de blocs élémentaires passifs et actifs, etc. Cependant ces approches se limitent à un ensemble de paramètres discrets, réduisant le champ de conception des structures étudiées en imposant des hypothèses sur la forme initiale du système. Pour aboutir à des systèmes micromécatroniques performants avec une forte densité d’intégration, nous proposons dans cette thèse de développer un outil de conception à base d'optimisation topologique. La thèse a donc trait à démontrer l’intérêt de cette méthode dans le cadre de la conception de structures piézoélectriques. Tout d'abord, la physique du matériau piézoélectrique a été intégrée à l'approche d'optimisation topologique SIMP (Solid Isotropic with Material Penalization). Ensuite, l'approche étendue a été implémentée sous la forme d'un code informatique MATLAB permettant de simplifier sa manipulation par des utilisateurs non-experts. Enfin, deux structures, un actionneur 1D et un positionneur 2D, ont été conçues au travers de cet outil puis réalisées. Les simulations numériques et les validations expérimentales ont montré un bon accord entre les structures optimisées et les prototypes réalisés démontrant ainsi l’intérêt et le potentiel de cet approch e d'optimisation.