Dans le domaine de la radiobiologie, les dommages causes a l'ADN nucleaire sont largement etudies puisque l'ADN est considere la cible la plus sensible dans la cellule. En plus de l'ADN, les mitochondries commencent a attirer l'attention comme des cibles sensibles, car elles controlent de nombreuses fonctions importantes pour la survie de la cellule. Ce sont des organites a double membranes principalement chargees de la production d'energie ainsi que la regulation reactive des especes d'oxygene, la signalisation cellulaire et le controle de l'apoptose. Certaines experiences ont montre qu'apres exposition aux rayonnements ionisants, les teneurs mitochondriales sont modifiees et leurs fonctions sont affectees. C'est pourquoi nous sommes interesses par l'etude des effets des rayonnements ionisants sur les mitochondries. A l'echelle microscopique, les simulations Monte-Carlo sont utiles pour reproduire les traces de particules ionisantes pour une etude approfondie. Par consequent, nous avons produit des fantomes 3D de mitochondries a partir d'images microscopiques de cellules fibroblastiques. Ces fantomes ont ete transformes de facon a etre telecharges dans Geant4 sous forme de mailles tesselisees et tetraedriques remplies d'eau representant la geometrie realiste de ces organites. Les simulations numeriques ont ete effectuees afin de calculer les depots d'energie induits par des photons de 250 keV a l'interieur de ces fantomes. Les processus electromagnetiques Geant4-DNA sont utilises pour simuler les traces des electrons secondaires produits. Etant donne que les dommages groupes sont plus difficiles a reparer par les cellules, un algorithme specifique est utilise pour etudier le regroupement spatial des degats potentiels des rayonnements. En radiotherapie, il est difficile de donner une dose efficace aux sites de la tumeur sans affecter les tissus environnants sains. L'utilisation de nanoparticules d'or comme radio-sensibilisateurs semble etre prometteuse. Leur coefficient d'absorption eleve augmente la probabilite d'interaction des photons et induit une dose tumorale plus importante lorsque ces particules sont absorbes de maniere preferentielle dans les tumeurs. Puisque l'or a un nombre atomique eleve, les electrons Auger sont produits en abondance. Ces electrons ont une portee plus faible que les photoelectrons, ce qui leur permet de deposer la majeure partie de leur energie pres de la nanoparticule, ce qui augmente la dose locale. Nous avons etudie l'effet radio-sensibilisant des nanoparticules d'or sur le fantome des mitochondries. L'efficacite de cette methode depend du nombre, de la taille et de la repartition spatiale des nanoparticules d'or. Apres exposition aux rayonnements ionisants, des especes reactives d'oxygene sont produites dans le milieu biologique qui contient une quantite d'eau abondante. Dans cette etude, nous simulons les especes chimiques produites a l'interieur du fantome des mitochondries et leur regroupement est estime. La distribution spatiale des produits chimiques et leur evolution avec le temps et par la suite analysee au moyen d'algorithme specifique de traitement de donnees. (auteur)