De par sa capacite specifique theorique dix fois plus elevee que celle du graphite actuellement utilise comme materiau actif d'anode pour les batteries Li-ion, le silicium peut jouer un role important dans l'augmentation de la densite d'energie de ces systemes. La reaction d'alliage mise en place lors de sa lithiation se traduit cependant par une forte expansion volumique du silicium (∼300 % contre seulement ∼10 % pour le graphite), conduisant a la degradation structurale de l'electrode, affectant notablement sa tenue au cyclage. Comprendre en detail ces phenomenes de degradation et developper des strategies pour limiter leur impact sur le fonctionnement de l'electrode presentent un interet indeniable pour la communaute scientifique du domaine. L'objectif de ces travaux de these etait en premier lieu de developper une technique de caracterisation adaptee a l'observation de ces phenomenes de degradation et d'en tirer les informations necessaires pour optimiser la formulation des anodes a base de silicium. Dans ce contexte, nous avons utilise la tomographie aux rayons X qui presente l'avantage d'etre une technique analytique non-destructive permettant le suivi in situ et en 3D des variations morphologiques s'operant au sein de l'electrode lors de son fonctionnement. Cette technique a pu etre adaptee a l'etude de cas du silicium en ajustant les volumes d'electrodes analyses, la resolution spatiale et la resolution temporelle aux phenomenes a observer. Des procedures de traitement d'images adequates ont ete appliquees afin d'extraire de ces analyses tomographiques un maximum d'informations qualitatives et quantitatives pertinentes sur leur variation morphologique. De plus, cette technique a pu etre couplee a la diffraction des rayons X afin de completer la comprehension de ces phenomenes. Nous avons ainsi montre que l'utilisation d'un collecteur de courant 3D structurant en papier carbone permet d'attenuer les deformations morphologiques d'une anode de Si et d'augmenter leur reversibilite en comparaison avec un collecteur de courant conventionnel de geometrie plane en cuivre. Nous avons aussi montre que l'utilisation de nanoplaquettes de graphene comme additif conducteur en remplacement du noir de carbone permet de former un reseau conducteur plus a meme de supporter les variations volumiques importantes du silicium. Enfin, la tomographie RX a permis d'etudier de facon dynamique et quantitative la fissuration et la delamination d'une electrode de Si deposee sur un collecteur de cuivre. Nous avons ainsi mis en evidence l'impact notable d'un procede de 'maturation' de l'electrode pour minimiser ces phenomenes deleteres de fissuration-delamination de l'electrode. (auteur)