Les méthodes de simulation de l’éclairage, utilisées en synthèse d’images, permettent d’obtenir des vues dites photo-réalistes d’environnements virtuels 3D. Pour ce faire, elles utilisent des méthodes stochastiques, s’appuyant sur la théorie des grands nombres, qui explorent l’espace des chemins lumineux et se caractérisent par une convergence progressive de l’image vers la solution. Cette progressivité se traduit visuellement par la présence de bruit, qui se résorbe progressivement au fur et à mesure de l’avancée des calculs. Ce bruit doit être identifié et quantifié, afin de disposer de critères perceptifs permettant d’arrêter les algorithmes dans les différentes zones de l’image. Ceci est d’autant plus important que les temps de calcul d’une image se comptent en heures, voire en dizaines d’heures de calcul. Disposer de critères fiables pour arrêter les calculs en différents points d’une image permettrait donc de réaliser des gains de temps importants. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser des méthodes statistiques et d’apprentissage automatique pour la réduction et détection de ce bruit généré. Les contributions réalisées dans le cadre de cette thèse sont : (i) la constitution d’une base d’images de synthèse avec recueil de seuils subjectifshumains du bruit résiduel, (ii) l’étude et la gestion d’un bruit local hautement perceptible, (iii) la création de modèles d’apprentissage profond sur cette base d’images étiquetées et (iv) une phase de validation des images reconstruites obtenues (apprises ou non) à partir des modèles de perception à partir d’évaluations subjectives. Des travaux connexes à la thématique de la thèse, notamment relatifs à la gestion d’un bruit spécifique dans les images nommé « firefly », ont été proposés, tout comme l’application d’une méthode permettant de cibler les caractéristiques de bruit étudiées.