Cette étude s'inscrit dans le cadre du programme de Recherche et Développement initié par le Plan Cavité et a pour objectif le développement et l'amélioration de méthodes géophysiques non destructives pour la détection, la caractérisation et la surveillance des cavités souterraines et des désordres associés. La méthode géophysique concernée par cette étude est la tomographie sismique 3D en ondes de surface. Pour mieux comprendre les réponses sismiques provenant de cavités différentes, un code de modélisation élastique 3D en différences finies est utilisé. La méthode de différences finies a été choisie pour sa capacité de prendre en compte des modèles 3D hétérogènes pour pouvoir introduire des configurations géologiques complexes notamment la présence d'une cavité et simuler correctement la propagation des ondes de surface. Les sismogrammes synthétiques ainsi générées ont été utilisées pour tester l'efficacité du code d'inversion tomographique 3D des ondes de surface. Les résultats de l'inversion des temps d'arrivées montrent que les anomalies de perturbations de vitesse sont relativement cohérentes avec la profondeur et la forme réelles des cavités des modèles synthétiques. Si ces méthodologies fonctionnent dans un cadre théorique idéalisé, tel un milieu homogène en l'absence de bruit de mesure, l'ajout de bruit haute fréquence dans les données dégrade fortement les inversions, rendant leurs résultats incertains. Dans ce cas le couplage avec d'autres méthodes géophysiques, serait particulièrement intéressant.