L’hétérogénéité des milieux souterrains et la variabilité de conductivité hydraulique contrôlent l’écoulement des eaux souterraines et le transport de contaminants dans les aquifères. Ici, plusieurs approches complémentaires sont développées pour utiliser la chaleur pour mieux contraindre les flux souterrains et reconstruire l’hétérogénéité du sous-sol. Une approche typique pour reconstruire les valeurs de conductivité hydraulique et leur distribution spatiale est la tomographie hydraulique qui repose en général sur une l'inversion de données de charge hydraulique. Dans ce travail, une première approche a consisté à évaluer sur des cas synthétiques, l’intérêt des données de flux d’écoulement (déduites en utilisant des mesures distribuées de température par fibre optique active (A-FO DTS)) pour des expériences de tomographie hydraulique. Nous concevons ensuite et mettons en œuvre la première expérience de tomographie hydraulique mesurant à la fois les charges hydrauliques et les flux dans un aquifère granulaire peu profond du site de Saint-Lambert au Québec, Canada. Les résultats des études numériques révèlent que les données de flux sont plus contraignantes que les données de charge hydraulique pour un petit nombre d'observations, tandis que pour un nombre élevé d'observations, l'hétérogénéité reconstruite est indépendante du type de données. Les résultats de l'expérience de tomographie hydraulique montrent l'intérêt d'inclure un nombre élevé de mesures de flux, obtenues par A-FO DTS conduisant à une réduction de l'incertitude des estimations. Enfin, le DTS passif est utilisé pour surveiller l'écoulement des eaux souterraines dans un forage fracturé artésien sur le site de Ploemeur en Bretagne. Les résultats révèlent le potentiel du DTS passif pour capturer la dynamique des eaux souterraines dans les milieux fracturés.