Le mémoire présente le développement d'une représentation multi-échelle d'images par une famille de pyramides morphologiques et ses applications à l'analyse et à la fusion d'images en télédétection. La représentation hiérarchique proposée est basée sur une approche pyramidale utilisant les filtres non linéaires de la morphologie mathématique. La partie II propose d'abord un état de l'art des transformations pyramidales puis décrit le principe de la pyramide morphologique. Ses propriétés sont étudiées au travers de différents paramétrages et des familles qui en découlent. La pyramide morphologique permet d'une part, de séparer à chaque niveau de résolution les éléments de détails par leur taille et leur réflectance par rapport à l'environnement, et, d'autre part, de représenter les images aux niveaux de perception inférieurs. La partie III du mémoire est consacrée aux applications des pyramides morphologiques à l'analyse des surfaces observées. La décomposition des éléments imbriqués dans les scènes en signaux séparables à différentes résolutions démontre la capacité de caractérisation multi-échelle. On montre également comment des traitements de reconstruction appliqués aux détails contribuent à cette analyse. Différents exemples de paysages analysés illustrent la méthodologie développée. La partie IV consiste à fusionner des données de résolutions différentes, notamment celles issues de capteurs à haute résolution et à grand champ de vue. L'approche de fusion par pyramide morphologique créé ainsi des données de synthèse à haute résolution spatiale et à haute fréquence temporelle qui permettent une approche nouvelle du suivi des surfaces terrestres. Les résultats de ce principe de fusion sont présentés en fonction de différents jeux de dates d'acquisition des images. La conclusion souligne trois perspectives très prometteuses. Premièrement, la pyramide morphologique peut être utilisée comme un navigateur exploitant les différents niveaux de résolution spatiale permettant l'accès à une information plus ou moins détaillée. Ensuite, la pyramide morphologique ouvre des opportunités intéressantes au recalage d'images de résolutions différentes. Finalement, la pyramide morphologique est un cadre intéressant pour la compression de données par le choix des différents paramètres autorisés.