Dans de nombreuses applications, les écoulements confinés ou se développant au voisinage de parois comportent de grosses structures tourbillonnaires instationnaires tridimensionnelles. Afin de caractériser expérimentalement l'évolution spatio-temporelle de telles structures, nous avons développé une méthodologie originale de vélocimétrie laser par images de particules basée sur un algorithme de Flot Optique. L'interaction entre un écoulement et une cavité est représentative d'une étude de pollution atmosphérique en milieu urbain. La haute résolution et la robustesse de l'algorithme de FLot Optique couplées à des mesures 3D de vitesses permettent la validation des résultats obtenus par la simulation multi-échelles (LES) en terme de tenseur de Reynolds et de viscosité sous-maille.