L'augmentation massive du nombre de substances chimiques interroge sur leur impact sur la santé humaine et environnementale. Cependant, les méthodes réglementaires actuelles de détection et de caractérisation des agents cancérogènes reposent principalement sur des études à long terme sur des animaux de laboratoire, qui ne sont pas suffisantes pour évaluer la toxicité d'un si grand nombre de produits chimiques dont ils pourraient être susceptibles de causer le cancer chez l'humain. De plus, ces méthodes ont des limites scientifiques, notamment en ce qui concerne les différences de sensibilité entre les humains et les animaux, le coût élevé, le faible débit et les considérations éthiques liées à la souffrance animale qui ne peuvent plus être ignorées. Les cancérogènes sont généralement classés en cancérogènes génotoxiques (GTxC) et en cancérogènes non génotoxiques (NGTxC). Alors que l'identification des cancérogènes génotoxiques repose sur une batterie relativement robuste de tests de génotoxicité in vitro et in vivo, les essais biologiques sur 2 ans sur les rongeurs représentent l'étalon-or pour l'identification du NGTxC. Par conséquent, il apparaît urgent d'élaborer une stratégie basée sur des méthodologies de nouvelle approche (NAM) pour l'identification et la caractérisation des substances chimiques potentiellement cancérogènes pour l'homme. Pour cela, ce travail, qui s'inscrit dans le cadre du projet européen PARC (Partnership for the Assessment of Risks from Chemicals), vise à étudier l'applicabilité de différentes approches basées sur les NAM pour identifier et caractériser les NGTxC avec différents modes d'action (MoA). Les objectifs de ce travail de recherche ont été abordés à travers trois axes complémentaires : Dans un premier temps, un criblage à haut contenu couplé à différents critères de toxicité a été appliqué à des modèles HepaRG 2D et 3D. Cette application consistait à générer des profils de toxicité de produits chimiques ayant divers modes d'action et à comparer la sensibilité des deux modèles cellulaires afin de sélectionner le modèle cellulaire le plus approprié pour les objectifs ultérieurs. Deuxièmement, nous avons effectué le séquençage du transcriptome des cellules HepaRG 3D exposées à différents ensembles de produits chimiques. Une analyse génotoxique ciblée à l'aide de biomarqueurs transcriptomiques GENOMARK et TGx-DDI a été appliquée pour déterminer les réponses du modèle 3D HepaRG pour détecter les composés génotoxiques. Ensuite, grâce à une analyse non ciblée, nous avons analysé les profils transcriptomiques générés pour chaque produit chimique et étudié les principaux événements moléculaires sous-jacents aux mécanismes NGTxC. Enfin, nous avons étudié la réponse des NGTxC dans le test de transformation cellulaire (CTA) Bhas42 afin de déterminer la sensibilité et la spécificité de ce test dans la détection des cancérogènes humains. En résumé, ce travail de thèse contribue à proposer un cadre multi-NAM pour l'identification et la caractérisation du NGTxC.