La ventilation est une fonction complexe, avec des variabilités naturelles intra- et inter-individuelles imprévisibles, parfois inhomogènes dans le volume pulmonaire. La spirométrie standard est l'examen de référence pour évaluer la fonction ventilatoire à partir de courbes débit-volume mesurées à la bouche et en respiration forcée. Cette technique simple et fiable est limité par la nécessaire coopération du patient, ainsi que par la nature globale de sa mesure. Étant donné que la respiration est intrinsèquement un phénomène tridimensionnel et que les maladies pulmonaires sont généralement régionales, la ventilation devrait être sondée localement. Malgré les difficultés inhérentes à l'application de l'IRM au poumon, de récent progrès ont permis de révéler le potentiel de l'IRM fonctionnelle pulmonaire à partir d'acquisitions standards facilement transposables en clinique. Depuis une quinzaine d'années des développements évaluent la ventilation à partir de la variation du signal IRM au cours de la respiration. Ces techniques reposent sur une hypothèse forte de linéarité du signal IRM avec la densité de tissus pulmonaire. Une nouvelle méthode évaluant la ventilation localement et dynamiquement à partir des déformations a été développée : la spirométrie 3D par IRM. A partir d'un cycle respiratoire moyen, le Jacobien des déformations et sa dérivée temporelle permettent d'inférer les courbes débit-volume locales. Cette thèse s'attache à valider la spirométrie 3D par IRM, à l'amener à la recherche clinique, et à approfondir la compréhension de la mécanique ventilatoire. Le caractère multidimensionnel de la spirométrie 3D par IRM intègre la complexité de la fonction respiratoire mais la technique encore neuve doit être développée et éprouvée. Les évolutions méthodologiques entreprises durant cette thèse incluent une reconstruction optimisée de la dynamique pulmonaire, une segmentation précise des structures lobaires, la définition de biomarqueurs quantitatifs, ainsi qu'une normalisation des cartes fonctionnelles pour permettre des comparaison intra- et inter-sujets. Une étude prospective sur 25 volontaires (10 femmes, 45 ± 17 ans) respirant librement a été menée, avec des acquisitions répétées en position allongée. La fiabilité de la technique a été approchée selon deux critères : sa répétabilité et son exactitude. Les mesures de volumes courants locaux intégrés sur le volume pulmonaire correspondent à ce qui peut être mesuré par segmentation des volumes pulmonaires. Une excellente répétabilité globale a été trouvée, avec une variabilité résiduelle induite par celle intrinsèque à la respiration.La sensibilité de la spirométrie 3D par IRM a été d'abord étudiée sur 25 volontaires sains en position allongée sur le dos puis sur le ventre. Les cartes fonctionnelles mettent en évidence un gradient de ventilation vers les régions les plus dépendantes à la gravité, démontrant la sensibilité de la technique à la physiologie. Des atlas fonctionnels ont été établis à partir des cartes individuelles normalisées, révélant les motifs nominaux de la ventilation pulmonaire reproductibles sur la cohorte de volontaire. Les distributions spatiales mettent en évidence l'inhomogénéité de la ventilation en respiration libre.Enfin, la sensibilité de la spirométrie 3D aux pathologies obstructives et restrictives est évaluée à travers plusieurs études de cas de maladies neuromusculaires, COVID-19 longue durée, asthme et bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO). Ces recherches soulignent l'importance de caractériser les modes de respiration avec les contributions des muscles respiratoires. La réversibilité de l'asthme à l'administration d'un bronchodilatateur a été trouvé, avec une augmentation marquée des débits après bronchodilatateurs. Une étude longitudinale sur un cas d'asthme sévère a aussi mis en évidence l'efficacité de la biothérapie pour améliorer la fonction ventilatoire, réduisant le volume résiduel ainsi que l'obstruction.