Le bâtiment est considéré comme le premier secteur consommateur d'énergie dans le monde. Au Maroc, face à la crise économique et aux engagements pris pour limiter les effets du réchauffement climatique, il est devenu impératif de réduire la consommation énergétique des bâtiments. Dans ce contexte, la recherche de solutions techniques optimales au regard des performances liées à la demande d'énergie et au confort est un problème très complexe en raison du nombre élevé de paramètres à prendre en compte. Pour remédier à ce problème, un état de la technique des méthodes existantes dans cet axe de recherche est réalisé. Celui-ci nous a amené à constater que plusieurs lacunes existent dans l'utilisation de ces méthodes, principalement le temps de calcul élevé qu'elles nécessitent et le manque de contrôle de la convergence des résultats vers les optima globaux recherchés.Cette thèse a pour objectif principal le développement d'une nouvelle méthode puissante, fiable et rapide pour la conception de bâtiments confortables et efficaces sur le plan énergétique. En se basant sur des outils de simulation numérique et sur les techniques d'intelligence artificielle, nous avons développé avec succès des modèles de substitution permettant la prédiction optimale des besoins énergétiques et du confort thermique pour le cas des bâtiments résidentiels. Le choix et la configuration des variables de conception sont soigneusement établis sur la base de l'état actuel de la technique, soutenu par une analyse de sensibilité, afin de mieux comprendre à la fois l'influence de chaque variable sur la performance attendue et la corrélation entre elles. Cela nous a permis de formuler mathématiquement le problème à optimiser, dont la résolution entraîne la recherche de solutions optimales dans une dimension multi-objectif. A l'aide des algorithmes métaheuristiques, le processus d'optimisation est réalisé avec succès conduisant à la génération de la frontière de Pareto optimale, qui n'est autre qu'un ensemble de solutions optimales par rapport aux critères considérés. Cet ensemble de solutions permet d'atteindre l'objectif souhaité avec une très bonne précision, et surtout un temps de calcul drastiquement réduit. Cette méthode peut donc être un outil très efficace pour aider les concepteurs et les décideurs dans le domaine de la construction à concevoir des bâtiments confortables et à haute efficacité énergétique.