Le développement de la microscopie optique non-linéaire a constitué ces dernières années une avancée importante pour l'imagerie tridimensionnelle des tissus biologiques. En particulier, la microscopie par génération de second harmonique permet d'imager de manière sensible et reproductible le collagène fibrillaire. Cette protéine majeure chez les mammifères est responsable de l'architecture des organes où elle présente une organisation macromoléculaire spécifique de chaque tissu et responsable de ses propriétés physiques et mécaniques (transparence de la cornée, résistance uniaxiale des tendons…). L'intérêt de la microscopie de second harmonique réside justement dans sa sensibilité à la structuration tridimensionnelle des triples hélices de collagène, et donc aux processus de déformation ou de remodelage tissulaire. Nous montrerons comment l'étude physique de ce signal optique non-linéaire cohérent a permis de développer des scores semi-quantitatifs de pathologies fibrosantes et de caractériser des tissus biomimétiques. Nous présenterons aussi nos développements expérimentaux récents couplant la microscopie SHG à des mesures polarimétriques et à des mesures biomécaniques. Ces expériences permettent d'une part d'accéder à des paramètres d'ordre à l'échelle submicrométrique et d'autre part de caractériser le lien entre la réponse biomécanique du tissu à l'échelle macroscopique et la réorganisation du collagène à l'échelle micrométrique.