La modélisation volumique du sous-sol a une grande importance dans de nombreux domaines des Géosciences. Cette thèse aborde cette discipline sous trois aspects fondamentaux. Premièrement, la représentation informatique des modèles volumiques détermine les opérations et les types formations géologiques réalisables. Nous étudions ainsi une représentation par extrusion adaptée à la modélisation d'architectures stratigraphiques d'une part, et deux approches plus générales d'autre part: - une représentation continue du sous-sol à base de surfaces (représentation par frontières), équivalente à une carte géologique tridimensionnelle; - une représentation cellulaire (grille), collection de cellules polyédriques générée à partir de ces macro-modèles pour effectuer des calculs d'ingénierie. Le deuxième aspect concerne la visualisation de ces modèles, indispensable à une bonne compréhension du sous-sol. Pour cela, de nouveaux algorithmes sont présentés pour extraire efficacement des coupes, des surfaces d'iso-valeur ou effectuer du rendu volumique. Enfin, des méthodes générales de modification géométrique sont définies. Réalisées dans le cadre de manipulations interactives, elles mettent l'accent sur le maintien de la cohérence géologique du modèle tridimensionnel.