Mon travail de thèse, débuté en septembre 2005, a été consacré au développement de l’émergente technique d’imagerie par spectrométrie de masse ToF-SIMS. Une première partie de ce travail a été orientée vers des aspects fondamentaux avec l’utilisation d’une source d’ions fullerènes comme faisceau d’ions primaires, mais aussi comme faisceau de pulvérisation. Le but était d’éprouver la possibilité de réaliser une imagerie 3D sur des échantillons biologiques par spectrométrie de masse ToF-SIMS. Une seconde partie de mon travail de thèse a été consacrée à l’utilisation de la technique proprement dite. Différents domaines d’application ont été étudiés, comme l’archéologie, avec l’analyse de la composition des patines recouvrant les statues rituelles de la tribu Dogon (Mali) ou l’étude de la dégradation de cheveux de momies chinoises. Un troisième projet a consisté à analyser in situ les surfactines, une famille de cyclodepsipeptides amphiphiles, sur des profils de colonisation de surface de Bacillus subtilis. Cette analyse qualitative par imagerie ToF-SIMS a été complétée par une analyse quantitative par spectrométrie de masse MALDI-TOF. Enfin, le dernier projet mis en œuvre durant ma thèse concerne la recherche de biomarqueurs lipidiques de la stéatose hépatique non alcoolique chez l’humain. Les résultats ont mis en évidence la complémentarité de l’imagerie par spectrométrie de masse avec d’autres techniques permettant la localisation de composés ciblés, comme la coloration histologique. Les résultats de cette thèse démontrent que l’imagerie par spectrométrie de masse ToF-SIMS peut être appliquée dans des domaines aussi divers que l’archéologie, la microbiologie ou la médecine. / My PhD’s work has been devoted to the development of the emergent technique ToF-SIMS imaging. The first part of my work was dedicated to fondamental aspects with the use of a fullerene ion source as a primary ion beam or sputtering ion beam. We expected to realize 3D imaging. The second part of my work consisted to applications of the mass spectrometry imaging. Several application fields were studied, as archeology as with the analysis of patina of the Dogon statuary or chinese mummy hair. A third project was dedicated to the in situ biomarker research from human liver biopsies. The goal of this study was to identify a potential lipid biomarker of the non-alcoholic fatty liver disease. The last part of this manuscript is devoted to the in situ qualitative and quantitative analysis of surfactins (a family of heptacyclodepsipeptides) on a Bacillus subtilis swarming community. We combined ToF-SIMS imaging for qualitative analysis and localization of surfactins within the swarming pattern and MALDI-TOF mass spectrometry for the quantification of these species. The results ot this PhD’s work show that ToF-SIMS imaging could be applied to various fields of research as archeology, microbiology and medicine.