Les deux principaux problèmes de sécurité posés par les technologies numériques sont la violation des droits d'auteur (ou du copyright), et la facilité avec laquelle les documents numériques peuvent être falsifiés. Une solution couramment proposée consiste à insérer un tatouage digital invisible (ou watermark) dans les documents à protéger. Le présent travail traite du tatouage de documents visuels, et plus particulièrement des images, mais est extensible à la vidéo. Tout d'abord l'aspect théorique du tatouage robuste, utilisé pour la protection du copyright, est analysé dans le cadre de la théorie de la communication et d'une modélisation stochastique. Différentes méthodes permettant d'approcher la capacité maximale sont étudiées. Ensuite l'implantation pratique d'un système de tatouage robuste est détaillée, incluant des techniques de résistance aux transformations géométriques affines, non-linéaires ou locales. L'invisibilité est assurée par un masque perceptuel exploitant d'une part les caractères multi-résolution et anisotropiques du système visuel humain, et d'autre part le masquage par les contours et les textures. Enfin, ce travail aborde l'authentification et la détection d'altérations pour combattre les falsifications. Une approche hybride est proposée sur la base du système robuste précédemment décrit, intégrant protection du copyright et authentification dans une même application; l'approche hybride résout également certains problèmes de sécurité inhérents aux tatouages robustes et d'authentification pris séparément. Les algorithmes décrits dans ce travail montrent les meilleures performances en regard des autres systèmes de tatouage existants, et ont donné lieu à quatre dépôts de brevets