Les images de synthèses sont de plus en plus réalistes, au point d'être parfois indistinguables de photographies, en partie grâce à la plausibilité des matériaux représentés. En particulier, les matériaux multicouches permettent une apparence variée, telle que les feuilles, les céramiques émaillées ou les peintures de voitures. Dans cette thèse, nous nous restreignons à l'étude des matériaux dont les couches sont épaisses, pour lesquels la propagation de la lumière peut être modélisée par les lois de l'optique géométrique. Des modèles permettent de prédire rapidement cette apparence à partir des paramètres physiques des différentes couches, par exemple les rugosités des interfaces, les indices de réfraction des milieux ou encore l'absorption dans les couches. Le contrôle de l'apparence finale est alors réalisé en modifiant les paramètres physiques un à un, par essai-erreur. Ce processus est fastidieux car les paramètres sont nombreux et agissent tous sur l'apparence finale. Notre objectif est d'offrir un contrôle plus direct des propriétés d'apparence. Dans cette thèse, nous étudions d'abord les modèles analytiques de matériaux multicouches répondant à nos hypothèses, afin de s'assurer de leur exactitude. Nous sélectionnons le plus précis, le modèle de Belcour, afin de l'inverser. Nous proposons ensuite une méthode permettant, à partir de propriétés d'apparence que sont la couleur et la netteté des reflets, de calculer un ensemble de configurations de paramètres physiques produisant cette apparence. En effet, plusieurs ensembles de paramètres physiques différents peuvent donner une apparence similaire, que nous appelons classes d'équivalence. Nous proposons donc une méthode permettant de naviguer dans ces classes d'équivalence, ce qui permet d'explorer l'apparence des matériaux multicouches.