Le rendu physiquement réaliste a pour objet la simulation de l'apparence visuelle d'une scène virtuelle en prenant en compte le comportement physique de la lumière. Pour une simulation efficace il est nécessaire de disposer de données d'entrée précises pour le code de simulation, en particulier concernant les propriétés optiques des surfaces. La Fonction de Distribution de la Réflectance Bidirectionnelle (FDRB), décrivant la réflexion lumineuse sur une surface, est une propriété locale particulièrement importante car elle influe sur l'éclairage global de la scène de par les interréflexions entre les objets. La première partie de cette thèse présente la définition et les propriétés physiques de la FDRB, puis un état de l'art et une classification des modèles existants. Le principal constat est que l'utilisation de modèles phénoménologiques est courante mais n'est pas adaptée à un usage général. En effet, la plupart de ces modèles sont restreints à un type de surface particulier, et limités à un domaine angulaire ou spectral précis. De plus, les modèles empiriques souvent employés, car simples d'utilisation et rapides à évaluer, ne peuvent correctement appréhender toutes les subtilités du phénomène de réflexion. Des modèles plus complexes calculant la FDRB à partir d'une description précise de la surface sont trop coûteux à mettre en oeuvre et en temps de calcul. La mesure est donc un des meilleurs moyens d'accéder la connaissance de la FDRB, mais son exploitation brute n'est pas satisfaisante en terme de performances informatiques. C'est pourquoi dans cette thèse, une représentation numérique à base d'ondelettes est développée pour la modélisation de mesures de FDRB. Dans la seconde partie le choix de la méthode utilisée est tout d'abord justifié et ses avantages précisés : "universalité", extensibilité, rapidité, compression des données, suppression partielle du bruit de mesure. Un état de l'art critique des modélisations par ondelettes applicables au cas de la FDRB est ensuite présenté. La construction proprement dite d'un nouveau modèle à base d'ondelettes est alors détaillée. Afin de pallier les inconvénients des précédentes approches, le modèle se base sur une décomposition en ondelettes s'appliquant successivement à l'aspect directionnel et à l'aspect spectral de la FDRB. Cette approche permet une représentation générique de la transformée par ondelettes, améliorant le taux et la qualité de compression de l'approche multidimensionnelle classique. Les performances du modèles sont évaluées dans la troisième partie de la thèse. En premier lieu, un test de non-régression est effectué en le comparant avec les modèles existants. L'erreur de modélisation est ensuite évaluée en fonction du taux de compression pour divers jeux de mesures de FDRB. Puis la robustesse du modèle au bruit de mesure est étudiée. Enfin, les performances informatiques en terme de mémoire et de temps de calcul sont présentées. Le modèle permet une représentation compacte et efficace de tout type de FDRB : isotrope ou anisotrope et monochromatique ou spectrale. La modélisation contribue également après reconstruction à un lissage de bruits de mesures modérés mais réalistes. Pour finir, l'application du modèle au domaine spécifique du rendu réaliste est étudiée. Du fait de la grande généralité du modèle, la FDRB ainsi que d'autres termes radiométriques peuvent être modélisés. La pertinence de la modélisation est examinée séparément pour la représentation de spectres, de fonctions d'émission, ou de fonctions de phase utiles en rendu. De même que l'impact de la compression et de l'interpolation sur l'aspect visuel. Ensuite, un schéma d'échantillonnage par importance permettant de réduire la variance au sein d'une simulation de type Monte Carlo est établi et évalué. Finalement, l'optimisation de divers calculs spectraux réalisés directement dans l'espace des ondelettes sera démontrée.