La synthèse d'images, par modélisation physique des phénomènes lumineux, est un domaine de recherche très actif depuis un certain nombre d'années. De nombreuses solutions algorithmiques ont été proposées pour parvenir à résoudre l'équation de radiance. Néanmoins, peu de tests ont été effectués pour comparer l'efficacité des différentes approches. Le but de ce mémoire est de comparer certaines solutions parmi les plus efficaces, notamment les approches hiérarchiques à base d'ondelettes, qui permettent de résoudre le problème de l'illumination globale. Dans un premier temps, nous effectuons une étude théorique approfondie de l'équation de radiance, c'est-à-dire des phénomènes physiques aboutissant à cette équation, des solutions mathématiques utilisées pour la résoudre et de leurs conséquences algorithmiques. Puis nous décrivons l'architecture logicielle développée suite à cette analyse, ainsi que les solutions algorithmiques utilisées pour résoudre les différents problèmes rencontrés. Enfin, la comparaison empirique est basée sur un protocole d'expérimentation rigoureux permettant de quantifier les résultats obtenus. Les bases de tests proviennent d'applications réelles, comme l'ingénierie de l'éclairage, l'archéologie ou encore la visite virtuelle de bâtiments. Cela permet de juger de l'efficacité des méthodes de radiosité pour des problèmes réels. Pour finir, nous présentons une extension parallèle de l'algorithme de calcul de radiosité qui permet de tirer parti de la puissance des calculateurs multiprocesseurs.