Ce travail de thèse a pour objectif de proposer un modèle général d'annotation automatique d'images pour la recherche d'information.La recherche d'information sur les documents images nécessite des représentations abstraites symboliques des images (termes, concepts) afin de satisfaire les besoins d'information des utilisateurs. Si de nombreux travaux ont pour objectif de définir un processus d'apprentissage automatique sur des descripteurs visuels extraits des régions d'images, les questions liées aux choix et aux regroupements des régions descriptives et représentatives des différentes classes d'objets sont peu étudiées. Les variations visuelles des objets d'une classe donnée posent de sérieux problèmes pour l'annotation par classes d'objets. Ces variations sont causées par plusieurs facteurs : changements d'échelle, rotation et changements de luminosité, en sus de la variabilité de forme et de couleur propre à chaque type d'objet. Notre travail vise aussi à minimiser l'impact négatif de ce phénomène. Dans ce travail, le passage du signal au sens se fonde sur une représentation intermédiaire appelée "Phrases Visuelles" qui représentent des ensembles de régions d'intérêt regroupées selon un critère topologique prédéfini. Un processus d'apprentissage permet de détecter les relations entre les Phrases Visuelles et les classes d'objets. Ce modèle d'annotation a fait l'objet de nombreuses évaluations sur le corpus VOC2009. Les résultats obtenus montrent l'impact significatif du mode de regroupement des régions d'intérêt, et qu'un regroupement prenant en compte les relations spatiales entre ces régions donne des meilleurs résultats en terme de précision moyenne.