L'exploitation des réserves d'eau douce, principalement contenues dans les aquifères est une préoccupation croissante dans les zones où elle se traduit par une baisse des niveaux piézométriques.Ce travail de thèse propose de caractériser l'évolution du Système Aquifère du Saharan Septentrional (SASS), et plus particulièrement le Continental Intercalaire (CI) à l'aide d'un couplage entre des outils de modélisation hydrogéologique et de traceurs géochimiques (36Cl, 234U/238U). Situé dans une région semi-aride à aride et s'étendant sur plus d'un million de km2, le CI présente un potentiel d'enregistrement d'une variabilité climatique à grande échelle en plus des baisses piézométriques anthropiques.Nous avons amélioré la définition de la recharge moderne du SASS à l'aide d'une méthode basée sur des données de télédection (entre 0 et 6.75 mm an−1 sur la période 2003-2010) ainsi que de la localisation zones de recharge du Sud Tunisien à l'aide de traceurs isotopiques (14C, 36Cl, 234U). Ces traceurs fournissant un lien évident mais complexe entre les conditions hydrodynamiques présentes et passées, nous nous sommes efforcés d'interpréter les informations paléoenvironnementales apportées par le 36Cl et le 4He sur l'ensemble de la zone tunisienne du CI. Introduites dans un modèle hydrogéologique du CI, les données de 36Cl nous ont permis d'améliorer des hypothèses sur des scénarios de recharge (variant entre 0.5 et 60 mm an−1) pendant les huit derniers cycles interglaciaires-glaciaires (0-775 ka).A partir d'informations complémentaires (échantillons d'eau, affleurements, zone climatique) nous avons finalement construit une représentation "hydro-climato-geochimique" du CI. / Concerns about freshwater availability increase with the rise of populations demands and decrease of piezometric levels in some aquifers. However, this "instantaneous" variability is complicated by a long-term climatic variability that impacts hydrodynamics on timescales of thousands to hundred of thousands of years.This study characterizes the evolution of a large aquifer (extending over more than a million of km2), the Continental Intercalaire (CI), from hydrogeological and geochemical viewpoints, over several hundreds thousand years. For this purpose, we combined hydrogeologic modeling and geochemical tracing methods (36Cl, 234U/238U. . .).The CI is the main aquifer of the North Western Saharan Aquifer System (NWSAS). Located in a semi-arid to arid region, its presence suggests potential records of climatic variability on large temporal and spatial scales. Our results corroborate previous assessment of the modern recharge, which fluctuates between 0 and 6.75 mm yr−1, over the entire NWSAS. We also improve the understanding of previously poorly characterized recharge areas in the South of Tunisia. Isotopic tracers can provide a strong but complex link between past and present hydrodynamic conditions, so we struggled to investigate chlorine-36 and helium-4 paleorecords. In our hydrogeologic model of the CI, chlorine-36 data allowed us to propose some hypotheses about recharge scenarios (varying between 0.5 and 60 mm yr−1) during height of the last interglacial-glacial cycles (0-775 ky). By using multi-scale information (groundwater samples, outcrops and climatic areas), we developed a "hydro-climatic-geochemical" representation of the CI.