L'objectif des travaux de cette these etait de proposer un systeme de mesure de trajectoire (position et vitesse) de vehicules. Un systeme de cette nature permettrait d'apporter des reponses pertinentes a de nombreuses questions encore en suspend, telles que: la route est-elle bien utilisee par les conducteurs, les informations proposees par la signalisation et le trace sont-elles bien comprises, le site induit-il des comportements dangereux: si oui, pourquoi, quels sont les mecanismes d'accidents ou de presqu'accidents... Ce nouvel outil de mesure, appele Observatoire De Trajectoire (ODT), peut etre compose de deux cameras et d'un telemetre laser. La contribution principale de la these porte sur le developpement de deux methodes operationnelles pour l'estimation precise des trajectoires de vehicules a partir d'une combinaison d'images video et de mesures telemetriques. Ces methodes de suivi s'appuient sur une nouvelle methode de soustraction fond/forme, sur la combinaison d'un modele cinematique et d'un modele d'observations et enfin sur une technique originale de fusion de capteurs, utilisant un processus de re-echantillonnage de filtre a particules."