Cette thèse étudie la différenciation des lithologies et fluides à partir de données sismique et de puits dans le réservoir gréseux peu consolidé à huile lourde Morichal (ceinture de l'Orénoque, Venezuela). Dans ces réservoirs, cette discrimination est complexe parce que les lithologies ont des propriétés élastiques similaires et qu'il en est de même pour les sables saturés en eau et ceux saturés en huile lourde (mêmes densités). Dans une première partie, cette problématique de discrimination est analysée au niveau des puits par la détermination d'électrofaciès puis en étudiant la relation entre propriétés pétrophysiques et élastiques. De petites variations de la taille des grains de la roche ou du pourcentage de ciment génèrent des changements de vitesses qui pourraient être utilisés pour discriminer lithologies et fluides. Afin de mieux comprendre pourquoi un premier calage puits-sismique a échoué, une deuxième partie de la thèse a été dédiée à la construction d'un modèle 3D du réservoir, habillé en faciès, propriétés pétrophysiques et élastiques. Ce modèle 3D est ensuite utilisé pour réaliser des tests de modélisations sismiques 1D et 2D, afin d'étudier les effets de l'anisotropie et de l'atténuation sur le signal sismique. En effet, l'anisotropie peut entraîner des changements de phase pour les grands angles d'incidence, et l'atténuation due à la présence d'huile lourde peut causer un retard de phase et un affaiblissement de l'amplitude. Ces deux phénomènes peuvent donc perturber le calage puits-sismique. Après analyse de ces tests, des pistes d'amélioration du calage puits-sismique dans ce contexte géologique sont proposées pour le futur.