Cette thèse a pour but de contribuer à l’étude des aquifères karstiques en (1) identifiant les facteurs influençant le stockage et l’écoulement de l’eau souterraine et en (2) localisant et estimant de manière quantitative les ressources en eau au sein d’une série sédimentaire carbonatée. Des mesures de porosité et de géochimie isotopique sur les roches carbonatées sont mises en relation dans le but de localiser et d’expliquer les vides créés au sein de la série sédimentaire. Des coupes équilibrées et des analyses structurales ont été réalisées pour évaluer la géométrie profonde de l’aquifère. L’acquisition de données en continu (conductivité électrique, température et pression de l’eau) et de données hydrochimiques (ions majeurs et isotopes stables de l’eau) permet d’étudier le dynamisme et le fonctionnement d’un aquifère. Une approche de modélisation pluie-débit basée sur les chroniques de précipitations et de débits a été utilisée afin d’estimer la part de l’écoulement disponible pour l’eau potable et celle générant des crues éclair. Cette étude a été réalisée sur l’aquifère de Dardennes, près de Toulon, en France. L’eau de l’aquifère est utilisée pour l’alimentation en eau potable de Toulon et alimente le fleuve Las qui est susceptible de provoquer de fortes crues. Le bassin versant de l’aquifère est estimé à 70 km². La zone non-saturée de l’aquifère peut atteindre plus de 500 mètres d’épaisseur en moyenne. L’aquifère est composé de calcaires de faciès Urgonien d’âge Crétacé inférieur, et de calcaires et dolomies datant du Jurassique supérieur. Dans cette région, plusieurs phases tectoniques ont conditionné les aquifères. Les mesures de porosité réalisées indiquent une très faible porosité dans les calcaires à faciès Urgonien et de fortes valeurs dans les dolomies du Jurassique supérieur. Ces dernières ont subi des transformations diagénétiques et des phases de karstification importantes ayant pour conséquence la création de vides disponibles pour l’écoulement. Les calcaires d’âge Crétacé inférieur sont peu poreux mais intensément karstifiés et fracturés, avec des formes karstiques de surface nombreuses (dolines, avens verticaux, lapiaz...). Lors de la compression Pyrénéo-Provençale, des grands chevauchements se mettent en place impliquant une remontée du socle imperméable, grâce aux structures inverses. Un synclinal est identifié au droit des sources. Toutes ces structures jouent alors le rôle de barrière à l’écoulement au niveau des sources de Dardennes. En 3D, cela implique une réserve en eau souterraine importante en profondeur. Avec trois années de chroniques de débit journalier, un modèle pluie-débit a été réalisé, permettant également d’améliorer la plateforme de modélisation KarstMod. Le modèle a été proposé avec trois réservoirs : Epikarst, Matrice et Conduit. Une déconvolution du débit des sources a été effectuée à l’échelle annuelle et à l’échelle des crues. Cela permet de séparer le débit de base (provenant du réservoir Matrice) disponible pour les besoins en eau potable et l’écoulement rapide (provenant du réservoir Conduit) générant des crues éclair. Selon l’année, la proportion de débit de base varie entre 27 et 61% du débit total, respectivement pour une année pluvieuse ou sèche. Lors des crues en période de hautes-eaux, la proportion du débit rapide augmente considérablement jusqu’à plus de 90% du débit total des sources. L’analyse des relations entre la pluie et la hauteur de mise en charge du karst a montré que le système a la capacité de stocker l’eau d’infiltration rapide lorsqu’il n’a pas été rechargé préalablement. A l’échelle annuelle, les résultats du modèle ont été comparés avec la gestion actuelle de l’aquifère, montrant une exploitation actuelle équilibrée, et ouvrant des perspectives pour la mise en place d’une gestion active, combinant une exploitation plus importante de l’eau, un écrêtage des crues et un respect de l’écologie du cours d’eau en aval.