La caractérisation de la rupture des grains via des techniques d'imagerie par tomographie est un sujet de recherche d'actualité. Les principaux verrous scientifiques et techniques sont associés à la complexité des algorithmes de traitement d'images permettant de suivre le mouvement des grains et leurs ruptures.Dans cette thèse, des approches numériques basées sur le traitement d'images sont proposées afin d'améliorer la compréhension des phénomènes de rupture et de broyage dans les matériaux granulaires dont le comportement est décrit par imagerie.Premièrement, en raison de l'interdépendance de la précision de la segmentation et de la résolution des techniques d'imagerie à l'échelle de la rupture des grains, nous commençons par un état de l'art sur les différentes techniques d’élimination des bruits dans les images de milieux granulaires. Ainsi, une analyse critique des méthodes existantes est établie en se référant aux différents matériaux d'application associés.Deuxièmement, et en vue de mieux capter les informations à partir des images sources, nous proposons une nouvelle approche qui consiste à passer d'une approche morphologique par bassin versant à la segmentation des géo matériaux à une approche hiérarchique. Aussi itérons-nous les moyens par lesquels la segmentation spécifique aux différents contextes d'application de l'imagerie peut être réalisée.Troisièmement, nous présentons un modèle original pour capter les ruptures des grains en se basant sur le traitement d'images statiques; sans considération de motion pour, enfin, présenter des modèles spatio-temporels suivant l'évolution de la casse dans les images de matériaux granulaires.