Les réseaux de neurones convolutifs (CNNs) ont été exploités avec succès pour la résolution de tâches dans le domaine de la vision par ordinateur tels que la classification, la segmentation d'image, la détection d'objets dans une image ou la recherche d'images dans une base de données. Typiquement, un réseau est entraîné spécifiquement pour une tâche et l'entraînement nécessite une très grande quantité d'images annotées. Dans cette thèse, nous proposons des solutions pour extraire le maximum d'information avec un minimum de supervision. D'abord, nous nous concentrons sur la tâche de classification en examinant le processus d'apprentissage actif dans le contexte de l'apprentissage profond. Nous montrons qu'en combinant l'apprentissage actif aux techniques d'apprentissage semi-supervisé et non supervisé, il est possible d'améliorer significativement les résultats. Ensuite, nous étudions la tâche de recherche d'images dans une base de données et nous exploitons les informations de localisation spatiale disponible directement dans les cartes d'activation produites par les CNNs. En première approche, nous proposons de représenter une image par une collection de caractéristiques locales, détectées dans les cartes, qui sont peu coûteuses en terme de mémoire et assez robustes pour effectuer une mise en correspondance spatiale. Alternativement, nous découvrons dans les cartes d'activation les objets d'intérêts des images d'une base de données et nous structurons leurs représentations dans un graphe de plus proches voisins. En utilisant la mesure de centralité du graphe, nous sommes capable de construire une carte de saillance, par image, qui met en lumière les objets qui se répètent et nous permet de construire une représentation globale qui exclue les objets non pertinents et d'arrière-plan.