Les mammifères marins grands plongeurs évoluent dans un environnement tridimensionnel dans lequel les conditions physiques et biologiques varient. Les variations de ces conditions peuvent influencer leur utilisation de la dimension verticale. Les travaux de cette thèse s’appuient dans un premier temps sur le traitement du signal acoustique échantillonné par un échosondeur miniaturisé déployé sur des éléphants de mer austraux, pour apporter une caractérisation biologique inédite de la colonne d’eau. A travers ce signal acoustique ont pu être observés des organismes des niveaux trophiques intermédiaires, mais aussi des évènements d’export particulaire importants. Pour déterminer l’influence des variables environnementales dynamiques, telles que la température ou la salinité, sur la position verticale des éléphants de mer et des baleines à bec de Blainville, nous avons proposé une approche méthodologique adaptée à l’utilisation des profils environnementaux en tant que prédicteurs, et ce en utilisant des approches d’analyses fonctionnelles. En utilisant les variables collectées in situ par les éléphants de mer, il en ressort que leur profondeur de plongée est effectivement influencée par les profils environnementaux. En revanche, la prédiction de la position verticale à partir du modèle construit tend à sous-estimer la profondeur à laquelle se trouvent les animaux, notamment dans les zones marquées par une forte dynamique océanique. À l’inverse, la même approche appliquée au jeu de donnée restreint des baleines à bec et avec variables environnementales issues de modèles océanographiques, suggère l’absence d’effet des conditions environnementales sur leur utilisation de la colonne d’eau. Sous réserve de données de résolution spatio-temporelle suffisante, la méthodologie proposée pourrait permettre l’intégration de la dimension verticale dans la conception de modèles d’habitats tridimensionnels.