Le traitement standard des cancers du col de l’utérus localement avancés repose sur une radiothérapie en parallèle à une chimiothérapie, suivie d’une curiethérapie. La radiothérapie externe comporte une phase de planification du traitement faite à partir d’une unique acquisition scanner et une phase de délivrance. Cependant, la position et la forme de la cible clinique varient fortement durant le traitement, avec des conséquences en termes de contrôle de la tumeur et de toxicité. L’objectif de cette thèse est donc de développer des stratégies optimisées de radiothérapie adaptative personnalisées permettant de prendre en compte et de compenser l’incidence de ces déformations anatomiques. Les images acquises lors de la planification et de la délivrance du traitement jouant alors un rôle central, ceci passe par le développement de méthodes de recalage, de fusion et d’analyse d’images ainsi que d’outils d’aide à la décision. Les travaux de thèse ont permis la définition de deux nouvelles stratégies de traitement : (1) une stratégie reposant sur une librairie évolutive permettant d’exploiter l’anatomie de la patiente en cours de traitement pour enrichir une librairie préexistante ; (2) une stratégie de librairie modélisée à partir d’un scanner de planification unique reposant sur l’analyse des déformations d’une population. Pour la mise en correspondance des anatomies des deux traitements par radiothérapie (avec et sans applicateur), une méthode de recalage déformable basée sur un modèle biomécanique est proposée et évaluée par rapport aux méthodes classiques et à un outil commercial. Les résultats, reposant notamment sur des critères géométriques, montrent que les approches proposées permettent d’assurer, pour toutes les patientes, une bonne couverture de la cible, tout en limitant l’irradiation des organes sains et donc, à terme, des meilleurs résultats cliniques.