Cette thèse vise à développer un cadre méthodologique robuste pour la localisation des séismes et la quantification réaliste des incertitudes dans le contexte des réseaux sismologiques denses. Malgré les progrès récents en détection automatique, apprentissage profond et relocalisation des événements, les erreurs liées aux modèles de vitesse et à la géométrie des réseaux restent une source majeure d'incertitude, souvent sous-estimée par les approches classiques. Le projet comparera différentes méthodes de détection, de pointé des phases et de localisation afin d'identifier leurs performances et leurs limites respectives. Une attention particulière sera portée à la séparation et à la quantification des différentes sources d'incertitude (pointés, modèle de vitesse, configuration du réseau..). Les développements s'appuieront principalement sur les données enregistrées sur l'île de Céphalonie (Grèce). Dans un second temps, les méthodologies seront appliquées à la région de la Moyenne Durance (France) afin d'évaluer leur applicabilité dans un contexte de sismicité plus faible. Les résultats contribueront à l'amélioration des catalogues sismiques, à une meilleure compréhension des processus tectoniques.