Le relevé et la reconstruction 3D de scènes sous-marine deviennent chaque jour plus incontournable devant notre intérêt grandissant pour l’étude des fonds sous-marins. La majorité des travaux existants dans ce domaine sont fondés sur l’utilisation de capteurs acoustiques l’image n’étant souvent qu’illustrative.L’objectif de cette thèse consiste à développer des techniques permettant la fusion de données hétérogènes issues d’un système photogrammétrique et d’un système acoustique.Les travaux présentés dans ce mémoire sont organisés en trois parties. La première est consacrée au traitement des données 2D afin d’améliorer les couleurs des images sous-marines pour augmenter la répétabilité des descripteurs en chaque point 2D. Puis, nous proposons un système de visualisation de scène en 2D sous forme de mosaïque.Dans la deuxième partie, une méthode de reconstruction 3D à partir d’un ensemble non ordonné de plusieurs images a été proposée. Les données 3D ainsi calculées seront fusionnées avec les données provenant du système acoustique dans le but de reconstituer le site sous-marin.Dans la dernière partie de ce travail de thèse, nous proposons une méthode de recalage 3D originale qui se distingue par la nature du descripteur extrait en chaque point. Le descripteur que nous proposons est invariant aux transformations isométriques (rotation, transformation) et permet de s’affranchir du problème de la multi-résolution. Nous validons à l’aide d’une étude effectuée sur des données synthétiques et réelles où nous montrons les limites des méthodes de recalages existantes dans la littérature. Au final, nous proposons une application de notre méthode à la reconnaissance d’objets 3D. / The survey and the 3D reconstruction of underwater become indispensable for our growing interest in the study of the seabed. Most of the existing works in this area are based on the use of acoustic sensors image.The objective of this thesis is to develop techniques for the fusion of heterogeneous data from a photogrammetric system and an acoustic system.The presented work is organized in three parts. The first is devoted to the processing of 2D data to improve the colors of the underwater images, in order to increase the repeatability of the feature descriptors. Then, we propose a system for creating mosaics, in order to visualize the scene.In the second part, a 3D reconstruction method from an unordered set of several images was proposed. The calculated 3D data will be merged with data from the acoustic system in order to reconstruct the underwater scene.In the last part of this thesis, we propose an original method of 3D registration in terms of the nature of the descriptor extracted at each point. The descriptor that we propose is invariant to isometric transformations (rotation, transformation) and addresses the problem of multi-resolution. We validate our approach with a study on synthetic and real data, where we show the limits of the existing methods of registration in the literature. Finally, we propose an application of our method to the recognition of 3D objects.