Cette thèse présente de nouvelles méthodes pour la caractérisation de mouvement et le recalage d'images multimodales cardiaques, basées sur un descripteur spatio-temporel de saillance et sans a priori géométrique. Une première contribution porte sur la proposition d'un nouveau descripteur de saillance calculé pour extraire les changements spatio-temporels des structures observées. Cette méthode de caractérisation de mouvement a été appliquée en Imagerie par Résonance Magnétique en mode ciné (cine-IRM) et à la caractérisation de mouvements anormaux chez des sujets atteints de cardiomyopathie hypertrophique. Elle a fait l'objet d'expérimentations à partir de plusieurs bases de données publiques. Les résultats ont montré l'efficacité du descripteur proposé et sa robustesse dans un contexte d'images hétérogènes et bruitées. Une deuxième contribution porte sur le développement d'une nouvelle approche de recalage non rigide d'images multimodales cardiaques acquises en IRM et en échocardiographie 3D, dans laquelle les images traitées sont recalées dans un même espace de représentation basé sur le descripteur de saillance. La méthode a été évaluée sur données réelles et a montré des résultats pertinents. Une dernière contribution porte sur la proposition d'approches de segmentation automatique du cœur en IRM, combinant pour certaines l'exploitation de saillance spatiale à des techniques d'apprentissage profond. Les différentes approches proposées apportent des solutions et perspectives nouvelles pour l'analyse couplée des informations fonctionnelles et structurelles cardiaques et trouvent leur intérêt dans le cadre de l'aide au diagnostic et à la planification d'interventions