Les travaux de recherche repris de manière synthétique dans ce mémoire, abordent les questions liées à l'imagerie médicale multimodale et interventionnelle dans deux contextes applicatifs. Le premier traite de l'acquisition de données multimodales dynamiques (son, images échographiques, capteurs de mouvement électromagnétiques, . . . ) chez un locuteur. Des procé- dés de recalage, de synchronisation et de segmentation de ces données sont décrits pour bâtir des modèles du conduit vocal associés à une variabilité statistique. Le deuxième s'intéresse à la neuroradiologie interventionnelle, thérapie guidée par l'image radiologique. En vue d'améliorer l'expérience visuelle du praticien, un premier ensemble de travaux traite de l'intégration de l'angiographie rotationnelle 3D dans la salle d'opération d'une part en la superposant aux images per-opératoires, et d'autre part en y replaçant le micro-outil chirurgical reconstruit en temps interactif à partir de deux vues radiologiques. Enfin, un modèle d'arbre vasculaire 3D est présenté, adapté à une simulation physique interactive du geste thérapeutique. La voie est ainsi ouverte au développement de modèles plus réalistes et plus prédictifs de la complexité de la scène chirurgicale. L'objectif est à terme d'offrir une vue 3D et dynamique de cette scène pendant l'opération.