Ce travail de these s'inscrit dans le domaine de la vision artificielle. Plus precisement, nous nous sommes interesses au suivi temps reel video d'objets 3D mobiles dans des sequences d'images. A l'origine de ces travaux, se trouve un algorithme, developpe au LASMEA, dedie au suivi de motifs planaires textures. Nous nous sommes proposes d'adapter cette methode de suivi 2D a l'estimation du mouvement apparent d'objets 3D. Pour cela, l'objet 3D est modelise a l'aide d'une collection d'images de reference. Pour chacune de ces vues, la solution 2D citee precedemment permet de suivre les mouvements fronto paralleles (deplacements de l'objet parallelement au plan image) qui ne modifient pas de facon majeure l'aspect apparent dans l'image. Le point delicat, solutionne dans le cadre de cette these, est la detection et la gestion du changement d'aspect du motif suivi du a des rotations relatives (camera/objet) en site et azimut. Sur le plan pratique, l'approche proposee a permis le developpement d'un systeme experimental de suivi d'un visage et la navigation automatique d'un bras robotique, muni d'une camera embarquee, autour d'un objet 3D."