La déformation en traitement thermique est associée à des mécanismes complexes du fait de l'interaction d'un grand nombre de paramètres technologiques et physiques. Dans ce contexte, la méthode développée dans ces travaux de thèse définit un cadre générique pour étudier l'influence de ces paramètres sur la déformation d'un produit. Cette méthode comporte trois facettes d'intérêt. La première est la qualification de la déformation au moyen de signatures géométriques 3D significatives, choisies pour leur réalité physique : les phénomènes de déformations. Ceux-ci sont ensuite quantifiés et leur pertinence est évaluée par un indicateur de niveau de confiance. La deuxième facette de la méthode est la possibilité de confronter directement les résultats expérimentaux et ceux issus de la simulation numérique. La prédiction de la déformation est ainsi vérifiée en comparant les amplitudes des signatures géométriques. La troisième et dernière facette est la compréhension des mécanismes de la déformation. Elle s'effectue par le suivi des amplitudes des phénomènes de déformations en fonction des effets thermiques, métallurgiques et mécaniques survenant lors du traitement thermique. Appliquée à l'éprouvette croissant, la méthode a permis d'illustrer l'influence de deux paramètres sur la déformation : la nuance d'acier et le milieu de trempe. Pour cela, les phénomènes de déformations ont été séparés en deux catégories : la première correspond à la variation homogène des dimensions dues aux effets thermomécaniques, la seconde, à la partie hétérogène due aux effets métallurgiques et mécaniques. L'application de la méthode à un cas issu de la simulation numérique 3D a révélé la prédiction satisfaisante des signatures géométriques, y compris celles locales. Les investigations numériques ont permis d'appréhender les mécanismes de la déformation du croissant et de mettre en évidence la forte sensibilité de certains phénomènes de déformations face à la variation des paramètres expérimentaux, utilisés comme données initiales dans les simulations.