La restauration du patrimoine bâti est une exigence pour assurer sa pérennité. Le site archéologique Volubilis au Maroc, classé patrimoine mondial de l’UNESCO depuis 1997, nécessite des travaux de restauration. L’objectif de cette thèse est de déterminer les causes de dégradation de ses pierres, et de proposer des mortiers pour la restauration de ses monuments. Dans un premier temps, une caractérisation multi-échelle a été réalisée sur les trois faciès de la calcarénite, la pierre la plus prépondérante du site. Elle a révélé que malgré la composition minéralogique similaire des trois faciès, ils présentent des propriétés hydriques, thermiques et mécaniques dissemblables et des durabilités contrastées vis-à-vis de la cristallisation de sel. Des essais non destructifs permettraient de distinguer les trois faciès en estimant leurs porosités et leurs coefficients de capillarité. Dans un second temps, une étude de diagnostic a révélé la présence l’halite et du gypse dans la majorité des pierres altérées par des détachements et des pertes de matière. Ces sels proviennent des mortiers avoisinants, utilisés pendant les interventions antérieures. De plus, l’altération des calcarénites non contaminées est vraisemblablement due à des contraintes thermiques. Dans la dernière partie, nous avons formulé des mortiers à base de chaux, du sable et de la poudre de brique à l’aide de la méthode des plans de mélanges. Cette démarche permettrait de déterminer des mortiers compatibles à la pierre calcarénite. / The restoration of the built heritage is mandatory to ensure its sustainability. The archaeological site of Volubilis in Morocco, registered on the UNESCO World Heritage list since December 1997, requires restoration works. The main objective of this thesis is to determine the causes of stones’ deterioration and to propose mortars for restoration of its monuments. Firstly, a multi-scales characterization study was carried out on the three facies of the calcarenite, the main building stone in the site. It showed that despite their similar mineralogical composition, the three facies have dissimilar hydric, thermal and mechanical properties and they are quite different in terms of durability against salt crystallization. Besides, non-destructive testing could be used to distinguish the three facies by estimating their porosities and their coefficients of capillarity. Secondly, a diagnosis study revealed the presence of halite and gypsum in most deteriorated stones affected by detachment and loss of material. These salts originated from neighboring mortars, used during the previous interventions. In addition, the deterioration of uncontaminated calcarenites is likely due to thermal stresses. In the last part, we formulated mortars using lime, sand and the brick dust using the mixtures method. This approach would determine compatible mortars to the stone calcarenite.