Les ondes ultrasonores sont fortement influencées par la microstructure des matériaux, ce qui entraîne atténuation, dispersion, et bruit. La modélisation de ces effets est essentielle, notamment pour le contrôle non destructif, où ils peuvent soit gêner la détection de défauts, soit fournir des informations sur le matériau. Des modèles analytiques et numériques permettent de mieux prédire et interpréter ces phénomènes. Des propriétés statistiques homogènes sont généralement supposées. En pratique, les microstructures présentent souvent des variations spatiales importantes, liées par exemple aux procédés de fabrication. Selon l’échelle de ces variations par rapport à la longueur d’onde, elles peuvent induire des changements abrupts ou progressifs de propriétés effectives. Cette thèse vise à établir un cadre théorique intégrant à la fois l’aléa microstructural et ses variations spatiales, afin de proposer des stratégies de simulation pertinentes selon les échelles considérées. L’approche sera d’abord développée en 1D, puis étendue aux cas 2D et 3D en s’appuyant sur des outils développés au laboratoire, avec des validations numériques et éventuellement expérimentales.