Le présent mémoire décrit des travaux de recherche menés au sein des Laboratoires Électroniques de Rennes de Thomson (rattachés récemment à Thomson Multimédia). Cette activité, liée au domaine des réseaux de neurones en traitement de l’image et du signal, a été développée dans le cadre de thèses, dont j’ai assuré l’encadrement, ainsi que dans le cadre de projets d’étude. Cette recherche couvre l’aspect algorithmique (recherche de nouveaux modèles et algorithmes d’apprentissage), et l’aspect application dans les domaines de l’image et du signal. Dans la section 2, nous présentons un bref rappel du contexte, ainsi qu’une synthèse de notre contribution à l’élaboration de modèles neuronaux et à la résolution d’applications par une approche neuronale. Puis, dans les sections suivantes, nous rapportons des travaux plus récents. Ces travaux portent simultanément sur les modèles neuronaux eux-mêmes (section 4), et sur les prétraitements, indispensables à notre avis, pour toute exploitation efficace des modèles neuronaux (section 3). Dans la section 3, nous présentons une théorie qui permet d’établir des invariants 3D. Ceux-ci constituent un puissant prétraitement dans le cadre d’applications de reconnaissance d’objets tridimensionnels. Dans la section 4, il est question de séparation de sources et d’estimation d’angles d’arrivée. On développe notamment une approche neuronale qui permet d’exploiter les deux grands types d’information a priori dont on peut disposer: l’information statistique et l’information géométrique. Pour cela, des contraintes sont imposées sur la structure du réseau de neurones. Enfin, dans la section 5, on mentionne des travaux qui viennent de démarrer: leur objectif, outre l’asservissement référencé capteur, est d’intégrer, dans un contexte robotique, les techniques de traitement de l’image et du signal développées précédemment. Dans l’exposé, nous restons volontairement à un certain niveau de généralité: les articles cités et brièvement présentés en annexe permettent d’approfondir les différents points que nous évoquons.