La géométrie du milieu environnant les grottes et les zones d'infiltration d’eau ainsi que les processus d'infiltration des précipitations dans les zones karstiques sont complexes et encore mal comprises. Ces connaissances sont pourtant cruciales pour l'interprétation des reconstructions climatiques basées sur les spéléothèmes, pour l’étude des recharges en eau des zones karstiques et pour la conservation du patrimoine des grottes préhistoriques. Afin d'approfondir nos connaissances sur ce sujet, nous avons choisi une grotte peu profonde typique (la grotte de Villars, dans le sud-ouest de la France) qui a été monitorée pendant des décennies et où de nombreuses études ont déjà été faites sur l'environnement actuel et sur les spéléothèmes. La première question sur laquelle nous avons travaillé concerne le signal d'entrée des précipitations au-dessus de la grotte de Villars. Quelle est la source des précipitations au-dessus de la grotte, et comment varie-t-elle ? Pour cela, nous avons utilisé un modèle de rétro-trajectoires atmosphériques (HYSPLIT) pour mieux comprendre les sources isotopiques de l'oxygène des précipitations (δ18O) et de l'eau d'infiltration. Les résultats ont révélé une saisonnalité bien marquée des sources pluviales (ici exprimées en pourcentage des sources d'humidité initiales (PSHI)) liées à la distance entre la grotte de Villars et les régions sources d'humidité, ainsi que des tendances à long terme. La deuxième question concerne la caractérisation de l'infiltration et de son évolution temporelle à partir de la composition isotopique de la pluie jusqu'à l'eau qui alimente les stalagmites. Nous avons utilisé à la fois un ensemble de données isotopiques à très long terme (>20 ans) combiné à un modèle conceptuel (KarstFor) qui mélange les flux d'eau et les isotopes pour mieux comprendre le processus d'infiltration karstique. Les résultats ont montré que les variations modélisées de la quantité d'eau de stockage et du débit d'infiltration coïncident avec les taux d'écoulement par égouttement observés sous les stalactites à deux niveaux différents de la grotte. Le fait que le modèle simule de manière frappante la différence isotopique faible, mais constante, entre les galeries supérieures et inférieures de la grotte de Villars, non seulement renforce le modèle lui-même, mais révèle également l'impact des voies d'infiltration multiples et de la dynamique du réservoir karstique sur le δ18O de l'eau d'égouttement. La troisième question portait sur la géométrie de la zone d'infiltration : réservoirs d'eau et voies d'écoulement préférentielles. Pour cela, nous avons appliqué la méthode de tomographie de la résistivité électrique en 2D (TRE) au-dessus de la grotte de Villars à un intervalle d’un à deux mois pendant trois ans (février 2020 à janvier 2023). A l'aide d'une approche statistique multidimensionnelle (classification hiérarchique ascendante, CHA), les images de TRE ont mis en évidence une saisonnalité marquée des variations de la résistivité dans différentes zones d’infiltration. Ceci nous a permis de visualiser des zones karstiques spécifiques caractérisées par leur résistivité et leurs variabilités de résistivité, conduisant à l'identification de galeries de grottes, de réservoirs de stockage d'eau, de fronts d’infiltration, de couches de sol et de chemins d'écoulement préférentiels potentiels jusqu'à 30 m de profondeur. En combinant la tomographie électrique, l’ hydrologie et les méthodes isotopiques, nous avons considérablement amélioré notre compréhension des écoulements et de la variabilité de l'écoulement de l'eau au-dessus de la grotte de Villars, ainsi que des processus de mélange dans les réservoirs qui alimentent les stalactites. Ces connaissances sont de première importance pour la préservation de l'environnement des grottes et pour la recherche paléoclimatique basée sur l’étude des spéléothèmes.