Ce travail de th se s'inscrit dans le domaine de la vision artificielle. Plus pr cis ment, nous nous sommes int ress s au suivi temps r el vid o d'objets 3D mobiles dans des s quences d'images. A l'origine de ces travaux, se trouve un algorithme, d velopp au LASMEA, d di au suivi de motifs planaires textur s. Nous nous sommes propos s d'adapter cette m thode de suivi 2D l'estimation du mouvement apparent d'objets 3D. Pour cela, l'objet 3D est mod lis l'aide d'une collection d'images de r f rence. Pour chacune de ces vues, la solution 2D cit e pr c demment permet de suivre les mouvements fronto parall les (d placements de l'objet parall lement au plan image) qui ne modifient pas de fa on majeure l'aspect apparent dans l'image. Le point d licat, solutionn dans le cadre de cette th se, est la d tection et la gestion du changement d'aspect du motif suivi d des rotations relatives (cam ra/objet) en site et azimut. Sur le plan pratique, l'approche propos e a permis le d veloppement d'un syst me exp rimental de suivi d'un visage et la navigation automatique d'un bras robotique, muni d'une cam ra embarqu e, autour d'un objet 3D.