La prise de conscience des effets du bruit sur la santé s'est progressivement manifestée dans la seconde moitié du XXe siècle, en opposition avec les décisions d'urbanisme prises en parallèle, qui ont laissé une place importante à l'automobile en ville. Les niveaux sonores élevés, conjugués à une aspiration croissante des citadins pour une ville apaisée et respectueuse de l'environnement, ont rapidement fait du bruit une nuisance de premier ordre, qu'il convient de savoir caractériser et maîtriser. Dans ce contexte, ce document présente une contribution à la recherche en acoustique environnementale urbaine qui vise à améliorer la caractérisation des environnements sonores urbains et à évaluer des solutions de mobilité sur la base des impacts acoustiques. Cette recherche fait appel à des couplages multiphysiques, dont l'un des buts principaux est de mettre en évidence la dynamique temporelle du bruit. Le chapitre 1 s'intéresse à la caractérisation des environnements sonores urbains. L'objectif est de proposer des indicateurs acoustiques capturant les spécificités des environnements sonores dans leurs dimensions physique et perceptive, et permettant la détermination des impacts. Ces indicateurs doivent dans le même temps être estimables tant par la mesure que par la modélisation. Le chapitre 2 s'intéresse aux réseaux de mesure, puis aux approches combinées associant mesure et modélisation, pour la caractérisation des environnements sonores urbains. L'objectif opérationnel de cette recherche est la proposition de stratégies d'échantillonnage et de traitement des données recueillies permettant une estimation précise des indicateurs d'intérêt. L'assimilation de données entre mesures et modèles vise à améliorer elle aussi l'estimation de ces indicateurs. Le chapitre 3 s'intéresse aux couplages multi-physiques pour la prévision et la réduction du bruit de trafic. L'objectif de cette recherche est le développement de couplages entre modèles de prévision du bruit et modèles de trafic, pour permettre l'évaluation de stratégies d'amélioration des environnements sonores urbains en agissant sur la mobilité. Les modèles développés doivent répondre à des impératifs d'échelles spatiales différentes selon les stratégies considérées et s'inscrire dans un objectif plus large d'évaluation multicritères. Une discussion portant sur les directions de recherche en acoustique environnementale urbaine présentant un intérêt à moyen et à long terme clôt le document.