Les hydrates de gaz représentent une ressource énergétique potentielle importante, mais aussi un risque d’instabilité pour l’environnement (mouvements de terrain, réchauffement climatique) qu’il est essentiel de maîtriser. L’étude des sols enrichis en hydrates de gaz, le plus souvent localisés au niveau des fonds océaniques ou du pergélisol, représente donc un enjeu majeur. La formation comme la dissociation d’hydrates dans ces sols modifie la microstructure et avec elle les propriétés physiques du matériau. L’objectif de la thèse a donc été de développer un modèle qui puisse permettre de prédire le comportement des sols contenant des hydrates de gaz, dans un premier temps à l’échelle de l’éprouvette de laboratoire classique. Plusieurs modèles de calculs multi-physiques appliqués aux sols enrichis en hydrates de gaz ont déjà été publiés, cependant la partie mécanique reste encore assez peu développée du fait du manque de données expérimentales, et de l’intérêt assez tardif porté par la communauté des mécaniciens au sujet. En partant de ce constat, nous avons d’abord concentré notre analyse sur le comportement mécanique. Les résultats d’essais sur des sédiments riches en hydrates de méthane disponibles dans la littérature ont servi de base à l’analyse de l’effet des hydrates sur les propriétés mécaniques d’un sol. En particulier, la relation entre les modules élastiques d’un sol et la fraction volumique d’hydrates a été déterminée à l’aide d’un calcul d’homogénéisation analytique. Les sédiments contenant des inclusions d’hydrates de gaz présentent toutefois un comportement macroscopique loin d’être élastique linéaire. Ce dernier est fortement lié aux différentes caractéristiques physiques et morphologiques à la fois des sédiments matriciels et des hydrates formés dans l’espace des pores. Ces observations ont donc conduit à l’application d’une méthode d’homogénéisation numérique basée sur les Transformées de Fourier Rapides (TFR). Cette méthode permet l’utilisation de lois élastoplastiques et de géométries complexes pour définir les composants de la microstructure du matériau à homogénéiser. Les résultats qui en découlent peuvent donc servir à déterminer un modèle macroscopique constitutif non-linéaire adapté au type de composite sédiment/hydrates que l’on souhaite simuler. Les précédents développement ont par la suite été intégrés à un code de calcul aux éléments finis d’abord à l’échelle de l’échantillon de laboratoire supposé homogène. Les couplages hydrauliques via les pressions et les modèles classiques d’écoulement de fluides ont donc pu être intégrés, tout comme la solubilité du méthane en phase aqueuse et les changements de phases à travers une loi cinétique. L’aspect thermodynamique a également été inclus. Le comportement mécanique pouvait être défini soit par les lois d’homogénéisation analytiques soit par calculs multi-échelles. Le calcul d’homogénéisation numérique par TFR est mené à l’échelle de la microstructure aux points d’intégrations de Gauss. Ces calculs ont été comparés à des résultats d’essais en laboratoire pour des fractions volumiques d’hydrates constantes ou bien pour des essais de dissociation des hydrates dans les échantillons de sols. Enfin, les données d’un site d’exploration ont été obtenues dans la littérature et exploitées pour mener un calcul à l’échelle du réservoir