Les techniques vibratoires de surveillance de santé structurelle des ouvrages sont généralement effectuées à partir de capteurs ponctuels tels que des accéléromètres. Par contraste, cette thèse développe une techniques vibratoire basée sur l'analyse d'images vidéo de l'ouvrage, évitant ainsi l'installation fastidieuse de capteurs ponctuels. Le traitement du flux d'images vidéo permet d'extraire le mouvement des pixels sur l'ouvrage. Après la revue des méthodes existantes d'extraction de mouvement par traitement d'images, la thèse présente trois contributions : 1. une nouvelle méthode intitulée ''EQI'', 2. la méthode à base de "steerable filtres" est étendue aux grands déplacements, et 3. la fiabilité du la méthode QSF est améliorée. L'évaluation des performances des algorithmes d'extraction de mouvement sélectionnés est réalisée sur des données simulées et expérimentales collectées en laboratoire sur une poutre métallique. Finalement, la technique d'identification de sous-espace stochastique est appliquée sur les signaux de mouvement estimés sur l'image pour effectuer l'analyse modale, l'identification de la forme de mode et une détection de défaut. Les résultats démontrent la faisabilité des techniques d'extraction de mouvement basées sur le traitement d'images vidéo pour des application de santé structurelle d'ouvrages mécaniques.