Cet article présente un procédé d'inversion géoacoustique passif à partir de signaux représentatifs de vocalises de mammifères marins et d'un unique hydrophone en milieux petits fonds. Notre méthode utilise au mieux la propagation en multitrajets des vocalises et leur signature temps-fréquence pour extraire un observable permettant d'estimer par inversion les propriétés du fond marin. Il s'applique aux vocalises présentant au moins trois trajets résolus (direct, fond, surface) ce qui implique une portée d'environ 300 m autour de l'hydrophone pour des hauteurs d'eau de 100 m. A partir d'outils temps fréquence, chaque émission est localisée et permet d'estimer le couple (rasance, coefficient de réflexion) lui correspondant. Le cumul d'un ensemble d'émissions permet de mesurer une courbe du coefficient de réflexion en fonction des angles de rasance. Cette donnée alimente un algorithme d'inversion géoacoustique mis en oeuvre à travers un algorithme génétique. Dans cet article, nous détaillons la théorie de la méthode et nous étudions ses performances. Nous démontrons la validité de la méthode sur des signaux génériques réels émis par une source contrôlée dans le Golfe du Lion (rampes de fréquences de 1 kHz à 2 kHz de durée 10 ms). Ces données permettent de valider la méthode sur des signaux aux caractéristiques très proches de celles de vocalises de mysticètes (baleines à bosse par exemple). Le cas des sifflements de delphinidés (ex : dauphins communs), plus hauts en fréquence, est également abordé.