Cette these d’epistemologie et d’histoire des sciences cognitives est consacree a son niveau le plus general au probleme de l’instrument scientifique, parent pauvre de la reflexion sur l’investigation scientifique, et se concentre a titre particulier sur le developpement des techniques d’imagerie cerebrale fonctionnelle et leur introduction dans le domaine cognitif au cours des annees 1980-1990. Un choix motive notamment par la nouveaute et l’importance de ce nouvel instrument, dont l’emergence est regulierement comparee a celle du telescope au moment de la Revolution scientifique du XVIIe siecle. La premiere partie est ainsi consacree a une analyse generale de l’instrument scientifique et des problemes essentiels qu’il souleve. Elle propose un certain nombre d’hypotheses en reponse, et en examine les enjeux theoriques. La deuxieme partie defend une interpretation historique de l’emergence des deux technologies d’imagerie fonctionnelle que sont la tomographie par emission de positons et l’imagerie par resonance magnetique fonctionnelle. En reprenant dans le detail certains elements d’invention et de diffusion de ces techniques, elle montre notamment l’intrication des procedures de validation des instruments et des divers mecanismes scientifiques et societaux qui poussent a les developper puis a les utiliser. A la lumiere des analyses theoriques et generales de la premiere, et sur la base de l’interpretation historique de la seconde, la troisieme partie est dediee a l’examen des implications de ces nouvelles technologies d’imagerie sur l’evolution du champ des sciences cognitives et de la reprise de leurs resultats dans d’autres domaines, tant scientifiques que technologiques ou pratiques. A ce double egard, elle defend la these generale que l’introduction de l’imagerie agit beaucoup moins comme un facteur de resolution de certaines questions que comme un facteur de deplacement de la problematique et de l’impact theorique et societal des sciences cognitives.