La radiothérapie externe (RTE) est le traitement le plus courant du cancer localisé de la prostate. Une dose totale comprise entre 74 et 80 Gy, délivrée en fractions de 2 Gy, est généralement prescrite. Le contrôle local de la tumeur est atteint dans 60 % à 90 % des cas, selon le groupe de risque. Des thérapies modifiées, telles que des traitements hypofractionnés, qui pourraient augmenter ces pourcentages ont été récemment proposées. Cependant, les connaissances sur la réponse des patients à ces nouveaux schémas sont encore limitées. L'objectif principal de cette thèse est donc de simuler numériquement la réponse tumorale à la RTE dans le contexte du cancer de la prostate. À cette fin, dans un premier temps, un modèle mécaniste existant est adapté et différents schémas d'irradiation sont testés. Ensuite, un modèle original intégrant les principaux mécanismes radiobiologiques est développé. Une analyse de sensibilité exhaustive est réalisée et les courbes de probabilité de contrôle tumoral (TCP) du modèle complet et de 15 versions excluant certains mécanismes sont comparées. Un modèle simplifié, équivalent en termes de TCP et de densité cellulaire tumorale est proposé. Enfin, les prédictions de récidive biochimique utilisant le modèle réduit sont comparées à celles d'une approche radiomique classique. Ces travaux ouvrent la voie à l'optimisation clinique des traitements d'irradiation spécifiques aux patients.