Le bruit de fond sismique est une technique de plus en plus utilisée en génie parasismique pour estimer le profil de vitesse des ondes de cisaillement pour un site donné. Admettant l'hypothèse qu'elles sont majoritairement composées d'ondes de surface, les vibrations ambiantes enregistrées par un réseau de capteurs peuvent être utilisées pour déterminer la courbe de dispersion. En général, cela fournit une courbe sur une large gamme de fréquences et cela comporte l'avantage de ne pas nécessiter l'usage de source artificielle. A cause de l'incertitude sur les données et des non-linéarités du problème, la solution de l'inversion des courbes de dispersion n'est pas unique. Les méthodes de recherche directe comme l'algorithme de voisinage permettent l'investigation de tout l'espace des paramètres et l'introduction d'informations a priori de manière rationnelle. Suite au nombre limité de paramètres pour l'inversion des ondes de surface, elles constituent une alternative intéressante aux méthodes linéarisées. Au cours de cette thèse, des outils efficaces basés sur l'algorithme de voisinage sont développés pour obtenir les profils uni-dimensionel de 
à partir d'enregistrements avec des sources actives ou passives. Comme le nombre de modèles générés est habituellement grand avec ces méthodes stochastiques, une attention particulière a été attachée à l'optimisation et à la qualité de la résolution du problème direct.
Le code développé a été testé sur plusieurs modèles synthétiques, dont un est présenté ici. Les effets de la gamme de fréquence disponible et l'influence de l'information a priori sont particulièrement mis en évidence. Les modes supérieurs peuvent apporter des contraintes supplémentaires lors de l'inversion mais ils posent également de nombreux problèmes quant à leur identification correcte, pour laquelle un algorithme est proposé. Nous montrons aussi que l'inversion des modes de Love et de Rayleigh est une technique prometteuse pour augmenter la profondeur de pénétration de la méthode. De plus, nous avons développé un outil spécifique pour l'inversion des courbes d'auto-corrélation qui prend en compte les incertitudes observées sur les courbes expérimentales et les propage aux profils de vitesse inversés.
L'interprétation complète depuis l'acquisition jusqu'à obtention des profils de vitesse est illustrée par deux exemples avec un champ d'onde synthétique et réel (Liège, Belgique). Les informations déduites de forages, de tests de réfraction classiques, d'enregistre ments avec des sources actives, et de la fréquence du pic H/V sont analysées pour valider les résultats des réseaux.