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Les microstructures optiques en 2D et en 3D permettent de dépasser les limites de l’optique conventionnelle (diffractive et réfractive), comme la courbure de la lumière, les aberrations ou dispersions de longueurs d’ondes, les rapports poids/volume, la luminosité dans des conditions de faible luminosité ou les contraintes optiques pour des applications ultraplates ou ultra- compactes. Elles sont en pleine expansion et donnent lieu à de nombreux articles scientifiques pour leur utilisation dans des applications optiques. La fabrication de ces structures avec des matériaux à haut indice de réfraction permet de réduire significativement l’espace qu’elles occupent ce qui est indispensable pour développer des systèmes compacts. De plus, la fabrication de tels systèmes dans des matériaux résistants aux conditions difficiles (température haute, pression etc.) est indispensable pour assurer une fonctionnalité durable et exploitable. L’objectif de ce projet de thèse était de mettre au point des formulations et des procédés permettant la microfabrication d’objets en 3D, via la technique de l’impression 3D à deux photons, présentant un haut indice de réfraction et une haute résolution d’impression. Pour cela, des résines photosensibles à base de métaux de transitions tels que le titane ou le zirconium ont été formulées en adaptant la composition pour la stéréolithographie à deux photons. Trois stratégies ont été proposées au niveau de la chimie du système. La première consiste à utiliser des matrices de monomères acrylates pour y disperser des éléments précurseurs d’oxydes métalliques ou des nanoparticules inorganiques. La deuxième se base sur la chimie sol-gel et consiste à utiliser et contrôler la réactivité du procédé sol-gel à partir de précurseurs de type alcoxydes métalliques. Enfin la troisième approche est une solution hybride qui consiste à exploiter d’une part la chimie sol-gel des précurseurs métalliques et d’autre part la chimie des acrylates dans une seule résine hybride organique-inorganique pour réaliser des réseaux interpénétrés. Pour chacune de ces approches, des caractérisations complètes ont été réalisées à la fois sur les résines et sur les objets fabriqués. Des microstructures 3D possédant un haut indice de réfraction et une haute résolution, composées de zircone, dioxyde de titane et silice, ont pu être imprimées et étudiées.