La signature géochimique des basaltes de rides ou de points chauds nous renseigne sur la dynamique du manteau terrestre. Le manteau superficiel, échantillonné dans les basaltes de rides, nous apparaît essentiellement homogène. A l'opposè, le manteau profond, échantillonné dans les basaltes de points chauds, se révèle trés hètérogène. Ceci semble contredire la plupart des observations et contraintes issues de la géophysique : la convection du manteau est très efficace, et elle génère vraisemblablement des flux de matière importants entre parties supérieure et inférieure. Comment, dans ces conditions, préserver des zones géochimiquement très différentes ? Dans cette thèse, nous étudions les propriétés de mélange d'écoulements simples simulant la convection du manteau pour tenter de donner un sens à la signature géochimique des basaltes. Nous montrons tout d'abord que la géométrie et la vitesse des plaques lithosphériques sont cruciales pour l'efficacité du mélange de l'écoulement mantellique. Avec des conditions aux limites tridimensionnelles relativement réalistes, on peut préserver des zones hétérogènes dans un système globalement homogène. Ensuite, nous mettons en évidence le fait que la stratification visqueuse du manteau ne peut être invoquée pour expliquer les différences géochimiques entre parties superficielle et profonde. Nous montrons par contre qu'envisager l'existence d'un réservoir de croûte océanique ancienne dans la couche D" peut permettre d'expliquer la signature des basaltes. Enfin, nous présentons une étude comparative des résultats de simulations de convection et de modèles de boîtes géochimiques concernant la dynamique du manteau. Il apparaît que les seconds devraient utiliser environ 15 boîtes pour que le taux dispersion implicite des éléments reste réaliste. Ce chiffre est très supérieur à ceux des modèles de boîtes publiés dans la littérature.