La methode d'inversion des formes d'ondes a pour vocation d'extraire l'integralite de l'information sismique, afin d'obtenir une image quantitative haute resolution d'un ou plusieurs parametres physiques. J'illustre sur le champ petrolier de Valhall, en mer du nord, plusieurs problematiques liees a cette methode. Je montre sur Valhall l'empreinte de l'anisotropie VTI sur les resultats de l'imagerie, en comparant les modeles du sous-sol obtenus lorsque l'anisotropie est prise en compte ou pas dans la modelisation sismique. J'aborde ensuite le probleme de la construction du modele initial necessaire a l'inversion des formes d'ondes a partir de donnees a grands deports. L'approche selectionnee est une extension de la methode de stereotomographie, ou les attributs temps de trajet+pente des ondes refractees et reflechies sont inverses au sein d'un algorithme hierarchique multi-echelle. Dans les chapitres dedies a l'inversion multiparametre, je propose une methodologie fondee sur une reconstruction hierarchique des classes de parametres (Vp, Vs, densite et attenuation) et sur l'introduction progressive des differentes composantes de donnees dans l'inversion (hydrophones et geophones)."