Les oméga-3 sont reconnus comme étant des acides gras essentiels pour la santé. Ils sont particulièrement sensibles à l’oxygène et sont donc sujets à une dégradation oxydante conduisant à la détérioration de leurs propriétés organoleptique et nutraceutique. Il est donc crucial de protéger les huiles oméga-3 contre l’oxydation par l’ajout d’antioxydants, mais sans danger pour les consommateurs. Afin de retarder l’oxydation, des antioxydants phénoliques synthétiques tels que le BHA et le BHT sont largement utilisés mais suscitent la méfiance des consommateurs. La tendance actuelle est donc de les remplacer par des composés naturels (seuls ou en mélange) conduisant à des effets synergiques, souvent observés mais rarement compris, permettant une meilleure inhibition de l’oxydation. En ajoutant à ceci des mécanismes complexes se produisant lors de la dégradation des acides gras polyinsaturés, ce travail de thèse a été réalisé avec un triple objectif : la détection et l’identification des traces de produits oxydés dans les huiles, la mise en évidence des conditions relatives à la structure chimique des phénols performants et la clarification des mécanismes de fonctionnement des mélanges d’antioxydants. La spectrométrie de masse couplée à une ionisation par électronébulisation (ESI-MS) apparaît être la technique la plus appropriée pour l’ionisation sélective et sensible d’hydroperoxydes intacts identifiés comme les produits d’oxydation primaires. De plus, l’huile de lin, étant l’huile végétale la plus riche en oméga-3, a été notre substrat d’étude. Plus de 70 phénols inhibant l’oxydation radicalaire en chaîne par transfert d’hydrogène aux radicaux péroxyles ont été testés. / Omega-3 has been known as essential fatty acids to health. They are particularly sensitive to oxygen leading to a deterioration of their organoleptic and nutraceutical properties. Protecting omega-3 oils against oxidation is then crucial and requires the addition of highly effective antioxidants but safe for consumers. In order to prevent oxidative degradation, synthetic phenolic antioxidants such as BHT and BHA are widely used but they provoke safety concern from the consumer side. Therefore, the current tendency is to replace them by natural compounds used alone or in mixture, which leads to synergistic effects, often observed but rarely understood. Adding this to the complex mechanism occurring in the degradation of polyunsaturated fatty acids, this thesis was composed by 3 objectives: the detection and identification of traces of oxidation products in oils, the highlight of the requirements of the chemical structures of efficient phenols and the clarification of the mechanisms of action between antioxidants. The electrospray mass spectrometry (ESI-MS) appears as the most suitable technique for the selective and sensitive ionization of intact hydroperoxides which are the primary oxidation products. In addition, the linseed oil, known as the richest vegetable oil in omega-3, was our substrate of study. Over than 70 phenols which inhibit the radical chain oxidation by hydrogen transfer to peroxyl radicals were tested.