Le Global Positioning System (GPS) présente aujourd’hui un grand intérêt dans le domaine de la météorologie et des Sciences de l’Environnement. Cette thèse s’intéresse plus particulièrement à l’étude du cycle de l’eau atmosphérique aussi bien que continentale, en Afrique de l’Ouest, dans le cadre des projets AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) et GHYRAF (Gravité et Hydrologie en Afrique). Dans une première partie, nous analysons la précision des calculs GPS en Afrique. Les contenus intégrés en vapeur d’eau (CIVE) sont particulièrement importants pour appréhender les processus atmosphériques clefs de la mousson couvrant des périodes subdiurnes à pluriannuelles. Nous prêtons alors une grande attention aux sources d’erreurs et à la stratégie de traitement des données GPS. Un rappel des principaux éléments théoriques nous permet d’identifier les sources d’erreur majeures susceptibles d’affecter les estimations. Nous quantifions la sensibilité des CIVE pour chacune de ces sources d’erreur et nous montrons que leur précision long terme est de l’ordre de 1 kg.m−2. Parallèlement, les hauteurs de station se montrent particulièrement sensibles aux erreurs et choix de paramétrisation. Elles sont principalement sujettes à des biais compris entre 2 et 6 mm (choix des modèles d’antenne et de l’angle de coupure) et à des signaux saisonniers d’amplitude inférieure à 2 mm (choix de la modélisation troposphérique). Dans une deuxième partie, nous nous intéressons aux estimations de position des stations dans le but de quantifier les déformations de la croûte terrestre induites par l’hydrologie continentale. Nous comparons les estimations GPS à des estimations de surcharge calculées à partir de produits de modèles géophysiques et de données de gravimétrie spatiale GRACE. À travers cette étude nous évaluons aussi la qualité de la représentation de la variation saisonnière de l’humidité des sols en Afrique de l’Ouest par les modèles hydrologiques et les produits GRACE. Les trois jeux de données considérés sont en bon accord concernant l’amplitude annuelle des déformations verticales. Un signal GPS additionnel est toutefois détecté sur les hauteurs des stations GPS AMMA qui apparaît comme une oscillation se produisant entre septembre et mars avec une amplitude maximale à Ouagadougou évaluée entre 12 et 16 mm. L’hypothèse d’un artefact GPS est écartée à la lumière des tests de sensibilité précédents. Le signal GPS additionnel est fortement corrélé avec la crue du fleuve Niger pour les stations situées à proximité (Tombouctou, Gao et Niamey) ou avec les variations piézométriques de l’aquifère supérieur à Ouagadougou. Il serait d’origine hydrogéologique et s’expliquerait par des mécanismes géotechniques impliquant une séquence de retrait/gonflement des argiles combinée à des effets hydrologiques locaux.