Cette thèse propose et démontre une nouvelle approche pour mesurer par vision la position d'une cible dans le plan XY. La mise en œuvre concerne la microscopie optique d'échantillons biologique grâce à des boîtes de culture cellulaire référencées en position. Conçus et réalisés spécifiquement, ces prototypes constituent un référentiel de position solidaire des cultures biologiques. Cela permet le repositionnement très précis des spécimens sous le microscope ainsi que la superposition digitale des images enregistrée au centième de pixel. Cette méthode est validée par le suivi site à site des transformation et déplacements cellulaires au cours du temps, malgré le transfert répété des préparations du microscope à l'incubateur. La méthode repose sur le traitement numérique des images d'un motif pseudopériodique micro-fabriqué en salle blanche et déposé sur la cible à poursuivre. Une mesure binaire -absolue mais pas résolvante_ est combinée avec une mesure linéaire - relative mais très résolvante- pour obtenir un repérage absolu et très précis de la position et de l'orientation de l'objet dans le plan. Le traitement binaire est basé sur un cryptage de la position sous la forme de séquences pseudo-aléatoire de type LFSR étendues à deux dimensions. Le traitement linéaire est basé sur des calcul de phase après filtrage dans le domaine spectral. L'information de phase sert également au calcul du contraste local des séquences binaires, ce qui confère une très grande robustesse au décodage binaire de position. A partir d'un motif de période 4um, les performances obtenues correspondent à 20 nm de résolution en position latérale et 10 -20 en orientation dans le plan.