L'objectif principal de ce travail de thèse est d'étudier la variabilité passée et l'évolution future des épisodes de températures océaniques anormalement chaudes en Méditerranée. Ces évènements, appelés canicules océaniques ou Marine Heatwaves en anglais (MHW), sont connues pour exercer une pression considérable sur les écosystèmes marins et les pêcheries associées un peu partout dans le monde. Nous proposons une nouvelle méthode de détection automatique des MHWs d'été basée sur le 99ème centile de la température quotidienne de la surface de la mer (TSM) en climat présent et tenant compte de la diversité géographique de la zone. La probabilité d'occurrence des MHWs et leurs caractéristiques spatio-temporelles sont ensuite étudiées. D'autres indicateurs intégrés tels que la durée, l'intensité, l'extension spatiale maximale ou la sévérité permettent de compléter la description des MHWs. Au cours de cette thèse et en fonction des applications, la méthode de détection est appliquée à différents types de données : observations in-situ aux bouées, produit satellitaire et différents modèles haute résolution et couplés haute fréquence du système climatique régional (RCSMs pour Regional Climate System Model en anglais) y compris le nouveau modèle CNRM-RCSM6 et l'ensemble Med-CORDEX multi-modèle (5) et multi-scénarios (3). L'algorithme de détection est d'abord testé sur la MHW de 2003 afin de montrer qu'il est peu sensible aux différents paramètres de réglage. L'évaluation des simulations rétrospectives et historiques montrent que les RCSMs sont capables dans l'ensemble de bien reproduire l'occurrence et les caractéristiques des MHWs observées par satellite. Nous étudions ensuite la variabilité passée des MHWs de surface (1982-2017) ainsi que leurs facteurs explicatifs en utilisant le modèle CNRM-RCSM6. Nous examinons, leurs caractéristiques entre 20-55 m de profondeur, là où la plupart des mortalités de masse liées au stress thermique des écosystèmes méditerranéens ont été observées dans le passé. L'analyse indique une augmentation de la durée et de l'intensité des évènements de surface au fil du temps, tandis que les MHWs de 2003, 2012 et 2015 sont détectées comme les évènements les plus sévères de la période. Par ailleurs, pour la canicule 2003 des différences importantes dans la contribution des échanges air-mer et de la diffusion vertical de chaleur sont mis en évidence pour les différents sous-bassins méditerranéens. Nous montrons également que la tension de vent joue un rôle clé sur l'intensité des anomalies de température en surface ainsi que leur propagation verticale. Enfin, nous utilisons l'ensemble Med-CORDEX de RCSMs pour évaluer l'évolution future des MHWs dans la région sur la période 1976-2100. Nos résultats suggèrent des évènements plus longs et plus sévères au fur et à mesure que le réchauffement climatique s'intensifie. D'ici à 2100 et dans le cadre du scénario le plus pessimiste (RCP8.5), les simulations projettent au moins une MHW de longue durée chaque année, jusqu'à 3 mois plus longue, environ 4 fois plus intense et 40 fois plus sévère que les évènements actuels. On s'attend à ce qu'elles se produisent entre juin et octobre, affectant au plus fort de leur extension l'ensemble du bassin. Cette évolution s'explique principalement par une augmentation de la TSM moyenne, mais l'augmentation de la variabilité quotidienne de la TSM joue également un rôle notable. Jusqu'au milieu du 21ème siècle, les caractéristiques des MHWs augmentent indépendamment du choix du scénario d'émission, dont l'influence devient plus évidente à la fin de la période. Enfin, l'analyse individuelle des modèles révèle différentes familles de réponses au changement climatique. Ces différences s'expliquent plus probablement par le choix du modèle global forçant, plutôt que par les biais individuels des modèles régionaux.