L'objectif principal de ces travaux de thèse consiste à améliorer la compréhension de la structure interne des aquifères karstiques en s'appuyant sur l'interprétation de traçages artificiels. Pour répondre à cet objectif, cette thèse s'appuie sur les bassins versants karstiques du Baget et d'Aliou (Ariège, France) ainsi que d'autres hydrosystèmes karstiques (les systèmes de Norville, du Val de Loire et de Foubanne) inclus dans le Service National d'Observation des Karsts (SNO Karst, INSU-CNRS) et sur la base de données BD traçage du BRGM incluant notamment le système karstique de l'Ouysse. L'approche globale retenue pour ces travaux de thèse consiste à coupler les résultats de différentes approches. [1] La modélisation conceptuelle à réservoirs avec l'outil dédié KarstMod permet de partitionner les écoulements à l'échelle du bassin versant et d'appréhender la dynamique des échanges entre la matrice et les conduits, à court et long terme. On estime que la contribution annuelle de la matrice au débit à l'exutoire est d'environ 3% et qu'elle peut augmenter jusqu'à 25% en période de faible précipitation. [2] Une approche systémique de type "fonction de transfert" a été développée et appliquée à divers hydrosystèmes (dont les systèmes de Norville, de l'Ouysse, du Val de Loire et de Foubanne). Cette approche consiste à étudier la dynamique du transport de masse en soluté en interprétant des données de traçages artificiels et permet de partitionner les écoulements en estimant les temps de résidence des différentes composantes qui contribuent en transfert de solutés entre les points d'injection et de restitution. [3] Une approche distribuée intégrant un couplage de données géophysiques et de simulations pseudo-génétique permet de simuler des réseaux de drainage. Les écoulements et le transport de masse en soluté associé sont ensuite simulés et confrontés à des données de terrain. Cela constitue une approche originale pour déduire la structuration des écoulements souterrains à partir des données de traçages artificiels.