Les capteurs à fibre optique de mesure répartie de déformation constituent une technologie prometteuse pour le suivi de santé structurale. Cependant, les mesures peuvent être lissées par rapport aux déformations réelles en raison d’un effet de transfert mécanique entre le capteur et la structure. À partir d’un modèle unidimensionnel issu de la mécanique des milieux continus, cette thèse vise à comprendre ces limites et à estimer les déformations réelles à partir des mesures, dans le cadre d’un problème inverse. Une nouvelle méthode, Double First-Order Decomposition (Dfod), a été développée pour résoudre efficacement le problème direct, offrant une précision quasi analytique et une rapidité de calcul remarquable. Une méthode inverse quadratique, fondée sur Dfod, permet ensuite de reconstruire le champ de déformation réel avec stabilité et robustesse face au bruit expérimental. Des essais sur des barres d’acier instrumentées avec différents câbles optiques ont validé le modèle et permis de caractériser le transfert mécanique à l’aide d’un paramètre global lié aux propriétés et conditions d’installation de chaque câble. Ces travaux ont également révélé les limites des câbles à gaine métallique, dont le paramètre de transfert varie avec la charge appliquée. Ce travail propose un cadre cohérent et validé expérimentalement, ouvrant la voie au développement de systèmes DFOS intelligents et intégrés pour le suivi en temps réel des infrastructures.