Les micro-irradiateurs pour la radiotherapie preclinique du petit animal permettent d'effectuer des irradiations au plus proche des techniques de traitement chez l'homme, facilitant la transposition de resultats d'etudes radiobiologiques a la clinique. La specificite des faisceaux millimetriques de moyenne energie (< 300 keV) utilises genere cependant des problematiques dosimetriques inedites. Ce travail de these a consiste a mettre en oeuvre la dosimetrie par fibre scintillante plastique pour ce domaine d'utilisation, la ou peu de detecteurs conviennent. Dans une premiere partie, les faisceaux d'un micro-irradiateur ont ete caracterises en dose d'une part et leurs spectres en energie obtenus par simulations Monte Carlo d'autre part, afin d'etudier les performances du dosimetre prototype. La deuxieme partie a montre ses excellentes caracteristiques dosimetriques telles que la repetabilite, reproductibilite et linearite de reponse. Un des enjeux majeurs a alors ete de caracteriser sa dependance en energie, problematique inherente a la dosimetrie a moyenne energie et intrinseque au scintillateur plastique en dessous de 100 keV. Une methode d'etalonnage a ete proposee pour prendre en compte cette dependance en conditions precliniques (mini-faisceaux et petit volume diffusant), a partir de spectres en energie simules. Le dosimetre a ensuite ete utilise pour la verification de plans de traitement sur fantome puis in vivo sur des rats, avec des resultats tres concluants. Il a montre des performances prometteuses pour l'evaluation en temps reel de la dose delivree aux tumeurs soumises aux mouvements respiratoires des animaux