Nous étudions dans cette thèse une matrice de processeurs élémentaires optoélectronique (parfois appelé rétine artificielle optoélectronique ou encore spa - pour smart pixel array) capable de réaliser plusieurs fonctions de traitement d'images bas niveau a cadence vidéo. Plus précisément, il s'agit d'une machine simd optoélectronique fonctionnant par recuit simule : chaque processeur élémentaire (pe ou sp - pour smart pixel) est l'équivalent d'un neurone dont l'état évolue en fonction de celui de ses voisins, et cela de façon probabiliste grâce a un générateur de nombres aléatoires optique base sur le phénomène de speckle laser. Dans une première version du processeur (circuit en silicium cmos 0,8 m), chaque pe est interconnecté de façon électronique a ces quatre plus proches voisins. Un montage base sur deux modulateurs spatiaux de lumière ferroélectriques et un hologramme de dammann permet d'étendre le voisinage d'interconnexion et de simuler des interconnexions intra-processeur optiques reconfigurables. Le montage servira a demontrer la détection du mouvement sur des séquences d'images a niveaux de gris ; toutefois, les performances restent médiocres (2 a 5 secondes par image). En fin de thèse est étudié un nouveau prototype base sur une matrice a entrées et sorties optiques (diodes p-i-n a puits quantiques multiples) réalisé en technologie hybride si/gaas par flip-chip bonding . Les performances du système sont considérablement améliorées (l'architecture comporte alors de véritables interconnexions optiques intra-processeur). L'étude théorique permet de conclure que l'utilisation d'une puce a entrées et sorties optiques rendrait le système a la fois compact (taille comparable avec celle d'un processeur pentium avec ses éléments de réfrigération) et extrêmement rapide (dizaines de milliers d'images a la seconde), ce qui en ferait un dispositif de choix pour les applications embarques de traitement d'images bas-niveau et temps réel.