La complexité structurelle de l'habitat joue un rôle clé dans la structure, la dynamique et la capacité de résilience des communautés récifales. La situation critique des récifs coralliens plaide pour l’amélioration des méthodes de suivi, afin d’assister la mise en œuvre de mesures de conservation efficaces. Aujourd’hui, les nouvelles technologies aident les chercheurs et gestionnaires à recueillir des informations spatio-temporelles de haute précision. Parmi elles, la photogrammétrie par Structure-from-Motion (SfM) permet de créer des modèles tridimensionnels et de cartographier les zones récifales à partir de photos, afin de réaliser des suivis quantitatifs des communautés benthiques. Quatre objectifs ont structuré cette thèse : 1) définir des protocoles de photogrammétrie sous-marine pour créer des modèles 3D des colonies coralliennes et des récifs permettant de mener des analyses physiques et écologiques, 2) développer de nouveaux descripteurs quantitatifs de l'habitat récifal, 3) déterminer les liens entre ces descripteurs et les fonctions clés assurées par les assemblages de poissons associés, 4) comparer les méthodes photogrammétriques avec une méthode de suivi traditionnellement employée, le Line Intercept Transect (LIT). Au total, 120 colonies coralliennes, 24 paysages récifaux de pentes externes et deux structures artificielles (digues) ont été modélisés dans deux régions biogéographiques : la Nouvelle-Calédonie (océan Pacifique), l'île d'Europa et La Réunion (océan Indien). Deux protocoles photogrammétriques ont été mis au point, correspondant aux deux échelles d'étude : la colonie de corail (≤ 2 m3) et les paysages récifaux et digues (> 100 m2). Les analyses des modèles 3D de colonies coralliennes ont fourni des mesures 2D et 3D permettant de quantifier le volume de refuge qu’elles offrent. Des modèles linéaires de prédiction ont ensuite été développés pour estimer la capacité de refuge à l’échelle des paysages récifaux. La cartographie des paysages récifaux a permis le calcul de 22 nouveaux descripteurs de l'habitat. Parmi eux, sept ont été retenus pour leur pertinence (la complexité de la surface, la capacité et la diversité des refuges, l’abondance des colonies branchues, tabulaires et massives, et le recouvrement corallienne totale), expliquant respectivement 63 % et 70 % de la distribution des biomasses et des abondances de poissons. L’importance de ces descripteurs pour le maintien de la diversité et la biomasse des groupes de poissons assurant des fonctions clés écosystémiques (herbivorie-bioérosion, production secondaire, assimilation du plancton, prédation, broutage des polypes coralliens) a été montrée. Des comparaisons entre les outils photogrammétriques et la méthode LIT ont révélé que la méthode d’analyse surfacique sur les orthomosaïques, couplée aux modèles numérique d’élévation, est la plus efficace en termes de temps et d’information écologique. Le LIT reste la méthode la moins chronophage et la plus efficace pour les identifications taxonomiques précises. En revanche, elle est la plus limitée en terme de représentativité de l'écosystème. Dans l'ensemble, les travaux de cette thèse ont démontré la pertinence des applications de la photogrammétrie sous-marine par SfM pour les études scientifiques, la gestion et les programmes de sensibilisation des environnements récifaux. En outre, les données collectées et les analyses réalisées contribuent à établir une base de référence pour améliorer les suivis et les mesures de gestion des récifs, et s’inscrivent dans les ambitieux objectifs de conservation du 21ème siècle

Habitat structural complexity plays a key role in the dynamics and resilience of coral reef communities. The critical situation of coral reef ecosystems beseeches a rapid improvement of monitoring tools to assist in the implementation of efficient conservation measures. Today, new reef assessment technologies support researchers and managers to collect information safer, faster, and with greater accuracy. Among them, photogrammetry by Structure-from-Motion (SfM) creates three-dimensional models and reef zone maps from overlapping images to conduct quantitative surveys of benthic communities. This thesis addressed four objectives: 1) define underwater photogrammetry protocols to create 3D models of coral colonies and reefscapes, in order to conduct physical and ecological assessments, 2) develop new quantitative reef habitat descriptors, 3) determine the links between these descriptors and the key functional processes ensured by associated fish assemblages, 4) compare photogrammetric methods with a traditional monitoring method, the Line Intercept Transect (LIT). Overall, 120 coral colonies, 24 reefscapes, and two artificial structures (breakwaters) were 3D modeled in two biogeographic provinces: New Caledonia (Pacific Ocean), Europa Island, and Reunion Island (Indian Ocean). Two photogrammetric protocols were defined corresponding to the study scales: the coral colony (≤ 2 m3) and the reefscapes and breakwaters (> 100 m2). Analyzing the 3D models of coral colonies provided 2D and 3D metrics to estimate their shelter volume. Predictive models were then built and fitted to estimate shelter capacity at the reefscape scale. Mapped reefscapes provided the necessary information to calculate 22 new quantitative descriptors. Among them, seven were the most complementary: surface complexity, shelter capacity, diversity of shelter - Shannon Shelter Index, the abundance of branching, massive and tabular, and total coral cover. They explained 63% and 70% of the distribution of reef fish biomass and abundance, respectively. Multifactorial analyses demonstrated the importance of these habitat descriptors in supporting five key functions of reef ecosystems that are ensured by groups of fishes (herbivory-bioerosion, secondary production, plankton assimilation, predation, and coral feeding). Comparisons between photogrammetric methods and the LIT method showed that the surface analysis on the orthomosaics is the most efficient method considering the quantity and quality of data that can be gathered and the time expenditure. The LIT method is less time-consuming and more efficient for specific taxonomic identifications, though it is the most limited method in terms of descriptors and the representativeness of the ecosystem. In addition to the four principle objectives, the 3D models and other photogrammetric outputs served as communication tools in different awareness actions.To sum up, this thesis demonstrated the relevance of underwater SfM photogrammetry applications for coral reef studies, management, and awareness actions. The collected data and their analyses also contribute to establishing a baseline for monitoring the state of reef ecosystems and their functions. In doing so, it provides new scientific information to enhance future management measures and confront the ambitious twenty-first-century conservation targets.