Ce travail consiste à caractériser la variabilité temporelle et spatiale des séries chronologiques de paramètres hydroclimatiques (pluies, débits) au niveau de trois grand bassins au Maroc ; (bassins de la Moulouya, du Sebou et du Tensift) et à chercher les liens entre cette variabilité hydrologique et les fluctuations climatiques matérialisées par différents indices climatiques, NAO, SOI, WMOI. L’approche d’étude est basée le traitement statistique des séries temporelles, liée aux dimensions temps et espace.Les grands bassins versants d'échelle continentale comme le Tensift, le Sebou et la Moulouya en climat méditerranéen sous influence océanique, intègrent sur des grandes surfaces la réponse hydrologique aux changements climatiques et environnementaux (fluctuations du climat, précipitations, débits) à de larges échelles spatiales et temporelles, mais également les modifications du milieu physique d’origine anthropique (changements d’occupation des sols, aménagements…), ce qui rend parfois difficile l’identification des liens entre la variabilité hydrologique et la variabilité climatique. Les principaux objectifs de ce travail sont de déterminer et de quantifier les relations entre la variabilité hydroclimatique et les fluctuations du climat à l’échelle de chaque bassin étudié et de ses principaux sous-bassins, via l'utilisation de méthodes d’analyses spectrales adaptées à l’étude des processus non stationnaires (analyse en ondelettes continues, analyse de la cohérence par ondelettes). Plusieurs modes de variabilités sont identifiés à partir de l’analyse par station (pluies et débits), du cycle annuel au mode 16-22 ans, cette analyse sera complétée par une analyse par maille, dont les données sont issues d’un fichier (SIEREM) couvrant la période 1940-1999, où on identifie des fréquences de 1an au 8-16 ans, distinguées sur des périodes différentes au niveau de chaque bassin, permettant ainsi une décomposition de la variabilité spatiale des signaux mis en évidence. Trois principales discontinuités sont identifiées en 1970, 1980 et 2000. La contribution des indices climatiques est assez importante elle est entre 55% et 80%. / This work is to characterize the temporal and spatial variability of hydroclimatic time series (rainfall, flow) at three large basins in Morocco; (basins of the Sebou and Moulouya Tensift) and look links between the hydrologic variability and climate fluctuation materialized by various climate indices, NAO, SOI, WMOI. The approach to study is based on statistical analysis of time series, related to time and space dimensions.The great watershed of continental scale as Tensift, Sebou and Moulouya in Mediterranean climate under oceanic influence, integrate over large areas the hydrological response to climate and environmental changes (climate fluctuations, precipitation, flows) not only to large spatial and temporal scales, but also to changes in the physical environment anthropogenic (land use changes, developments ...), which sometimes makes difficult to identify the links between hydrological variability and climate variability. The main objective of this work is to determine and quantify the relationships between hydrological variability and climate fluctuations (regionalised precipitation, climate change indexes) across each studied basin and its main sub-basins, via using spectral analysis methods adapted to the study of non-stationary processes (continuous wavelet analysis, coherence analysis wavelet). Many modes of variability are identified from the station analysis (rainfall and flow rates), the annual cycle to 16-22 years, this analysis will be complemented by a grid analysis, the data come from a (SIEREM) file covering the period from 1940 to 1999, which will allow a better understanding of the spatial variability of signals set highlighted. Which is identified frequencies the 1 year 8-16 years, distinguished different time periods at each basin, three main discontinuities identified in 1970, 1980 and 2000. The contribution of climatic indices is important enough it is between 55% and 80%.