Le développement rapide, au cours des dix dernières années, de techniques d'imagerie donnant accès à une représentation tri-dimensionnelle (3D) de la microstructure de matériaux opaques a ouvert ou ré-ouvert de nouvelles perspectives en science des matériaux. Ces différentes techniques accroissent considérablement notre capacité à appréhender l'organisation spatiale complexe des différentes phases qui constituent la microstructure d'un matériau et permettent parfois d'en suivre l'évolution. La première partie de cet ouvrage est consacrée à une description des techniques d'imagerie 3D les plus répandues (sonde atomique, polissage successif, tomographie aux électrons ou aux rayons X). Le traitement des données ainsi acquises et leur analyse par des méthodes de simulation 3D est ensuite discuté et illustré pour plusieurs applications ayant comme point commun la compréhension et la modélisation des propriétés mécaniques de matériaux de structure.