Le Contrôle Non Destructif (CND) permet de sonder l’intérieur d’un milieu dans le but de surveiller son intégrité et son vieillissement. Assisté d’outils de simulation il permet de détecter, caractériser et localiser des défauts de structure du milieu inspecté mais sa fiabilité dépend de la précision des méthodes de simulation. Dans le cadre du CND ultrasonore, les méthodes usuelles (numériques et asymptotiques) sont bien souvent inadéquates pour simuler la diffraction par les défauts. On leur préfère des techniques hybrides. On propose dans cette thèse une nouvelle approche hybride pour la simulation numérique de la diffraction haute fréquence en milieu étendu (configuration critique pour le CND). Combinant la méthode des équations intégrales et la méthode des rayons, cette approche exploite le caractère multi-échelle du problème haute fréquence en proposant un modèle d’obstacle à deux échelles. Elle permet le calcul précis de la diffraction et la propagation rayon des champs. D’abord mise au point dans le cadre de la diffraction d’ondes acoustiques par un obstacle de taille inférieure à la longueur d’onde (méthode barycentrique), l’approche est ensuite étendue à des configurations de diffraction par des obstacles de l’ordre de la longueur d’onde grâce à l’introduction d’un partitionnement de l’unité de sa surface (méthode multi-centres). Pour accélérer l’approche hybride, on propose une procédure de résolution Online-Offline, basée sur un pré-calcul de la matrice de diffraction associée à un ensemble réduit de directions d’incidence et d’observation et sur une interpolation polynomiale de ses vecteurs singuliers pour son évaluation dans des directions quelconques d’émetteurs et de récepteurs. On étudie ensuite la stratégie dans le cadre de l’acoustique 3D puis on en fait une extension de principe à l’élastodynamique. On donne enfin un ensemble de pistes pour étendre l’approche hybride dans des cas de diffraction par un ou plusieurs obstacles pouvant être proches des bords du milieu.