The study and understanding of cities evolution is an important societal issue, particularly for improving the quality of life in an increasingly dense city. Digital technology and in particular 3D city models can be part of the answer. Their manipulation is however sometimes complex due to their thematic, geometric, topological dimensions and hierarchical structure.In this thesis, we focus on the integration of the temporal dimension and in the enrichment with multimedia documents of these 3D models of the city, in an objective of visualization and navigation on the web. Moreover, we take a particular interest in interoperability (based on standards), reusability (with a shared software architecture and open source components) and reproducibility (to make our experiments durable).Our first contribution is a formalization of the temporal dimension of cities for interactive navigation and visualization on the web. For this, we propose a conceptual model of existing standards for the visualization of cities on the web, which we extend with a formalization of the temporal dimension. We also propose a logical model and a technical specification of these proposals.Our second contribution allows the integration of multimedia documents into city models for spatial, temporal and thematic visualization and navigation on the web. We propose a conceptual model for the integration of heterogeneous and multidimensional geospatial data. We then use it for the integration of multimedia documents and 3D city models.Finally, this thesis took place in a multidisciplinary context via the Fab-Pat project of the LabEx IMU, which focuses on cultural heritage sharing and shaping. In this framework, a contribution combining social sciences and computer science has allowed the design of DHAL, a methodology for the comparative analysis of devices for sharing heritage via digital technology. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'intégration de la dimension temporelle et à l'enrichissement avec des documents multimédia de ces modèles 3D de la ville, dans un objectif de visualisation et de navigation sur le web. Nous portons un intérêt particulier à l'intéropérabilité (en s'appuyant sur des standards), à la réutilisabilité (avec une architecture logicielle partagée et des composants open source) et à la reproductibilité (permettant de rendre nos expérimentations pérennes).Notre première contribution est une formalisation de la dimension temporelle des villes pour une navigation et visualisation interactive sur le web. Pour cela, nous proposons un modèle conceptuel des standards existants pour la visualisation de villes sur le web, que nous étendons avec une formalisation de la dimension temporelle. Nous proposons également un modèle logique et une spécification technique de ces propositions.Notre deuxième contribution permet d'intégrer des documents multimédias aux modèles de villes pour une visualisation et une navigation spatiale, temporelle et thématique sur le web. Nous proposons un modèle conceptuel pour l'intégration de données géospatiales hétérogènes et multidimensions. Nous l'utilisons ensuite pour l'intégration de documents multimédias et de modèles 3D de villes.Enfin, cette thèse s'est déroulée dans un contexte pluridisciplinaire via le projet Fab-Pat, du LabEx IMU, qui s'intéresse au partage de la fabrique du patrimoine. Dans ce cadre, une contribution mêlant sciences sociales et informatique a permis de concevoir DHAL, une méthodologie pour l’analyse comparative de dispositifs pour le partage du patrimoine via le numérique.