La rééducation fonctionnelle classique comprend des séances thérapeutiques, des exercices à domicile et des mouvements avec ou sans l'aide de thérapeutes. Cette approche classique souffre de nombreuses limitations, en raison de l’incapacité de l’expert à suivre les séances à domicile du patient et du manque de motivation du patient pour répéter les exercices sans retour. Les jeux sérieux ont été présentés comme une solution à ces problèmes. Premièrement, des exergames ont été développés à l’aide d’une méthodologie de codesign, où patients, experts et développeurs ont pris part aux procédures de conception. Le capteur Kinect a été utilisé pour capturer la cinématique en temps réel au cours de l’exercice. Ensuite, une fusion de données a été étudier entre le capteur Kinect et les unités de mesure inertielles, afin d’augmenter la précision de l’estimation de l’angle des articulations, à l’aide d’une approche système de systèmes. Le système a été évalué par des patients avec différentes pathologies au cours de multiples campagnes d'évaluation. Les résultats obtenus montrent que les jeux sérieux peuvent être une solution pour des pathologies spécifiques. En outre, les experts ont été convaincus de la pertinence clinique de ce dispositif et ont estimé que les données proposées étaient suffisantes pour évaluer la situation du patient. La mise en place de tels systèmes maximiserait l’efficacité du programme de réadaptation. D'autre part, ce système permettrait également de réduire les limitations actuellement présentes dans les programmes de rééducation classiques, permettant aux patients de visualiser leurs mouvements et aux experts de suivre l'exécution de l'exercice à domicile. / Conventional musculoskeletal rehabilitation consists of therapeutic sessions, home exercise assignment, and movement execution with or without the assistance of therapists. This classical approach suffers from many limitations, due to the expert’s inability to follow the patient’s home sessions, and the patient’s lack of motivation to repeat the same exercises without feedback. Serious games have been presented as a possible solution for these problems. This thesis was carried out in the eBioMed experimental platform of the Université de technologie de Compiège, and in the framework of the Labex MS2T. The aim of this thesis is to develop a real-time, serious gaming system for home-based musculoskeletal rehabilitation. First, exergames were developed, using a codesign methodology, where the patients, experts and developers took part in the design and implementation procedures. The Kinect sensor was used to capture real-time kinematics during each exercise. Next, data fusion was implemented between the Kinect sensor and inertial measurement units, to increase the accuracy of joint angle estimation, using a system of systems approach. In addition, graphical user interfaces were developed, for experts and patients, to suit the needs of different end-users, based on the results of an end-user acceptability study. The system was evaluated by patients with different pathologies through multiple evaluation campaigns. Obtained results showed that serious games can be a good solution for specific types of pathologies. Moreover, experts were convinced of the clinical relevance of this device, and found that the estimated data was more than enough to assess the patient’s situation during their home-based exercise sessions. Finally, during these three years, we have set the base for a home-based rehabilitation system that can be deployed at home or in a clinical environment. The implementation of such systems would maximize the efficiency of rehabilitation program, while saving the patient’s and expert’s time and money. On the other hand, this system would also reduce the limitation that are currently present in classical rehabilitation programs, allowing the patients to visualize their movements, and the experts to follow the home exercise execution.