En couplant la microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) à la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS), il est possible d'analyser localement la structure chimique et les propriétés physico-chimiques des matériaux. Cependant, utilisé aux doses électroniques usuelles, le faisceau d'électron endommage irréversiblement les échantillons sensibles aux radiations, comme c'est le cas des composés organiques-inorganiques, organiques et en particulier, biologiques. Ce travail de thèse fournit de nouvelles méthodologies pour l'analyse sans dommage de tels systèmes, à une résolution supérieure à 10 nm. Ces approches ont été notamment appliquées à l'analyse nanométrique de vecteurs thérapeutiques métallo-organiques (MOFs), dans le but de mettre à jour leurs mécanismes de biodégradation dans les milieux physiologiques et de chargement en principe actif. Grâce à la large gamme spectrale couverte par l'EELS monochromaté, les données obtenues dans les domaines de l'infrarouge, de l'ultraviolet-visible et des rayons X mous ont été combinées pour caractériser la structure chimique de divers échantillons, qu'ils soient organiques-inorganiques (MOFs), organiques (médicaments) ou biologiques (macrobiomolécules). Néanmoins, dû aux faibles signaux spectraux, certains cas nécessitent des doses électroniques plus intenses qui se révèlent destructives pour le matériel. Une fois endommagés, les échantillons présentent des signatures modifiées, qu’il est toutefois possible de relier aux structures chimiques originelles. Pour cela, l'effet du faisceau a été étudié dans les trois gammes spectrales. Les mécanismes d'endommagement et les composés produits ont été identifiés et reliés à des groupements chimiques spécifiques. À l'avenir, de telles méthodologies pourraient être appliquées à l'étude de systèmes biologiques complexes tels que les cellules.