En zone méditerranéenne, d'intenses précipitations automnales sont responsables de crues particulièrement violentes : les crues " éclair ". L'intensité et la variabilité des précipitations ainsi que la complexité des processus hydrologiques responsables de la production des écoulements sur ces bassins limitent la prédictibilité de ces phénomènes. Une meilleure compréhension des processus impliqués dans les réponses hydrologiques des bassins versants et responsables de la variabilité spatio-temporelle des chemins de l'eau peut permettre d'améliorer les modélisations de ce type d'évènement. S'insérant dans le cadre de l'hydrologie spatialisée, cette thèse se propose d'étudier l'apport des potentialités satellitales, et notamment des produits 3D à très haute résolution pour la caractérisation spatiale des bassins et de leurs réseaux hydrographiques, afin d'étudier les origines géomorphologiques des variations spatio-temporelles des réponses hydrologiques et en vue d'améliorer la compréhension des mécanismes responsables des épisodes de crue. Pour cela, ce travail s'articule autour de deux axes. Le premier consiste à caractériser, à partir de données spatiales, le drain " potentiel " représentant le réseau géomorphologique sec formé par la suite continue des lignes de thalweg des bassins. Un algorithme original utilisant une structure de MNT sous forme triangulaire (TIN) a été développé spécifiquement dans ce but, afin d'obtenir un tracé des réseaux fidèle à leur tracé réel et de fournir des éléments sur leur géomorphologie ainsi que sur celle des bassins. Le deuxième axe concerne l'étude de la dynamique drain en eau ou " réel ". Il s'agit d'améliorer la compréhension des dynamiques spatiales de mise en eau des drains à travers différents épisodes de crue. Dans ce cadre, un réseau spatialisé de capteurs légers a été distribué sur deux bassins expérimentaux (< 1Km²) situés sur le Gardon d'Anduze afin de suivre les variations spatio-temporelles des dynamiques hydrologiques au sein des réseaux en eau. La confrontation des caractéristiques géomorphologiques et des réponses hydrologiques observées a permis de confirmer la prédominance des écoulements sub-surfaciques sur les bassins étudiés, de mettre en évidence deux types de réseaux aux fonctionnements différenciés (le réseau principal et le réseau secondaire), l'importante influence des pentes et de leur changement sur l'initiation et la pérennité des écoulements au sein des réseaux, et de proposer des hypothèses de fonctionnements différenciés en fonction des épisodes.