Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement de techniques de mesures dans le volume. Trois approches ont été développées pour étudier les effets mécaniques 3D dans les matériaux et les structures. La première est la photoélasticimétrie 3D par découpage optique qui permet d’observer les différences de contraintes ou de déformations principales au coeur de structures fabriquées dans un matériau transparent. La deuxième approche est la Corrélation d’Images Volumiques (CIV) associée à la tomographie par découpage optique. La CIV, qui est l’extension en 3D de la corrélation d’images numériques, fournit les champs volumiques des déplacements et des déformations. La tomographie par découpage optique est une technique d’acquisition d’images volumiques dans les matériaux transparents. La dernière approche est la CIV associée à la microtomographie par rayons X. Celle-ci permet d’acquérir des images volumiques dans les matériaux nontransparents. Plusieurs essais expérimentaux de déplacements et de déformations sont présentés dans le but de confronter ces trois méthodes et afin de déterminer leurs champs d’applications, leurs performances, leurs avantages et inconvénients. En termes d’applications, la photoélasticimétrie 3D et la CIV par découpage optique sont utilisées pour l’analyse expérimentale du comportement mécanique de rotules aéronautiques dans le but de rendre plus réaliste la modélisation numérique des éléments rotulés. Concernant les matériaux non-transparents, la corrélation volumique et la microtomographie par rayons X sont employées pour étudier le comportement mécanique de l’os spongieux.