Jusqu'à la fin de la Renaissance le bois est resté le principal support pour la peinture, grâce à ses caractéristiques de relative légèreté, sa facilité de mise en œuvre, sa résistance mécanique (résistance spécifique du peuplier comparable à celle de l'acier), et sa durabilité dans le temps. Outre les aspects historico-artistiques des diverses œuvres, les problèmes techniques liés à la conservation et à la restauration des peintures sur bois sont restées - jusqu'à des temps récents - quasi secrets, par les ateliers de restauration. Depuis peu, ces derniers ont reconnu la nécessité d'une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu et travaillent maintenant en relation avec les scientifiques. Dans le cadre de cette thèse deux approches ont été envisagées. D'une part se trouve le dialogue avec les artisans de la restauration et de la conservation et la formulation de leurs attentes dans le but de leur proposer des solutions en adéquation avec leur besoin. D'autre part, les phénomènes à appréhender sont très complexes ce qui justifie en parallèle le développement d'outils spécifiques prenant en compte la mécanique des structures, l'humidité et les caractéristiques spécifiques du matériau bois. Un des objectifs est la prédiction du comportement des tableaux à long terme de par l'étude de leur état par le suivi de comportement in-situ par l'appareillage (mesures non destructives, éventuellement sans contact : mesures optiques) des tableaux en exposition ou de répliques. Pour cela, il a été nécessaire de développer des essais de caractérisation, des modèles de comportement matériau spécifiques au bois et de technique de couplage de codes ou de méthodes numériques dédiées pour simuler les couplages de structure et de matériau dans ce type de problématique. Les applications de cette étude ont porté sur l'analyse et la prédiction du comportement de la Monna Lisa [del Giocondo], le Couronnement d'épines de l'église saint-Didier en Avignon et de diverses techniques récentes de restauration (châssis à ressorts, par exemple).