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Cette thèse se situe dans le cadre du projet MISS (Mathématiques de l'Imagerie Stéréoscopique Spatiale) monté par le CNES en collaboration avec plusieurs laboratoires universitaires en 2007. Ce projet se donne l'objectif ambitieux de modéliser un satellite stéréoscopique, prenant deux vues non simultanées mais très rapprochées de la Terre en milieu urbain. Son but principal est d'obtenir une chaîne automatique de reconstruction urbaine à haute résolution à partir de ces deux vues. Ce projet se heurte toutefois à des problèmes de fond que la présente thèse s'attache à résoudre. Le premier problème est le rejet des matches qui pourraient se produire par hasard, notamment dans les zones d'ombres ou d'occlusion, et le rejet également des mouvements au sol (véhicules, piétons, etc.). La thèse propose une méthode de rejet de faux matches basée sur la méthodologie dite a contrario. On montre la consistance mathématique de cette méthode de rejet, et elle est validée sur des paires simulées exactes, sur des vérités terrain fournies par le CNES, et sur des paires classiques de benchmark (Middlebury). Les matches fiables restants représentent entre 40% et 90% des pixels selon les paires testées. Le second problème de fond abordé est la précision. En effet le type de stéréoscopie envisagé exige un très faible angle entre les deux vues, qui sont visuellement presque identiques. Pour obtenir un relief correct, il faut effectuer un recalage extrêmement précis, et calibrer le niveau de bruit qui permet un tel recalage. La thèse met en place une méthode de recalage subpixélien, qui sera démontrée être optimale par des arguments mathématiques et expérimentaux. Ces résultats étendent et améliorent les résultats obtenus au CNES par la méthode MARC. En particulier, il sera montré sur les images de benchmark Middlebury que la précision théorique permise par le bruit correspond bien à celle obtenue sur les matches fiables. Bien que ces résultats soient obtenus dans le cadre d'un dispositif d'acquisition précis (stéréoscopie aérienne ou satellitaire à faible angle), tous les résultats sont utilisables en stéréoscopie quelconque, comme montré dans beaucoup d'expériences.