Les progrès technologiques dans les domaines de la télécommunication, de l'infographie et de la conception du matériel informatique au cours des deux dernières décennies ont contribué à l'émergence des données numériques tridimensionnelles (3D) dans de nombreux secteurs industriels (visualisation scientifique, loisirs numériques, conception assistée par ordinateur ou encore héritage culturel). La gamme des terminaux capables de visualiser des données 3D s'élargit maintenant jusqu'à des périphériques nomades tels que les tablettes tactiles et les smartphones. Par ailleurs, la visualisation de contenus 3D sur le Web est désormais possible. Cette hétérogénéité des usages et des terminaux de visualisation entraîne un besoin en outils efficaces pour assurer l'accès rapide aux bases de données 3D, ainsi que la visualisation et la transmission sécurisé de ce contenu. Ce mémoire, qui couvre la période de mon activité professionnelle depuis septembre 2006, résume les travaux que j'ai menés et auxquels j'ai participé autour de ces problématiques d'accès, de visualisation et de transmission sécurisée de maillages surfaciques 3D. Ces travaux concernent trois domaines de recherche distincts : la compression (réduction de la taille des données, notamment dans le cadre de méthodes multi-résolution), le tatouage (protection de la propriété intellectuelle du contenu 3D, par insertion d'une marque cachée) et l'indexation (mise en oeuvre des descripteurs de forme 3D et d'algorithmes de reconnaissance associés). Nos travaux dans ces trois domaines de recherche ont été réalisés en considérant deux aspects transverses forts : (1) une étape amont d'analyse des données 3D, avec notamment des contributions en segmentation, et surtout (2) un lien continu avec les notions de qualité et de perception visuelle. Nous avons notamment étudié les mécanismes perceptuels mis en jeu lors de la visualisation d'une géométrie 3D au travers de multiples expériences subjectives et introduit des métriques capables de prédire cette qualité visuelle. Ce mémoire s'achève par la description de mon projet de recherche qui s'articule autour de la visualisation distante et interactive de données 3D sur deux types de supports multimédia émergents : le Web et les périphériques mobiles.