La transformation hydro-thermique d’une pâte viscoélastique en pain, avec une structure et une texture souhaitables, implique des changements aux échelles à la fois moléculaire, micro et macroscopique. Les deux constituants principaux de la farine, l'amidon et le gluten, jouent un rôle crucial dans cette transformation, en affectant la répartition de l'eau dans la pâte et en subissant des changements conformationnels. Il y a peu de travaux sur ces changements pour le gluten, a fortiori à l’hydratation de la pâte à pain, de même pour l’amidon d’origine botanique variée comme rencontré dans les pains composites (préparés à partir de mélange de farines) et encore moins pour le mélange de ces deux macromolécules. Pour étudier ces changements, le challenge consiste à utiliser des techniques analytiques adaptées aux niveaux d’hydratation étudiés et permettant une observation en temps réel. Ce travail démontre l'efficacité de la relaxométrie par RMN en tant que technique non-invasive et robuste pour à la fois quantifier, comprendre la distribution de l'eau dans la pâte et suivre en temps réel les changements de structure des macromolécules et de leurs interactions. Ce travail de thèse était basé sur la clarification des attributions des composantes RMN et l'affinement des mesures associées à l'aide de systèmes modèles simples (mélanges binaires et ternaires), étudiés en chauffage mais aussi en congélation, et de leur confrontation à des techniques de mesure complémentaires. Globalement, cette étude a mis en avant l'impact de l'origine botanique de l'amidon mais également le rôle du gluten sur la distribution de l'eau et les changements hydro-thermiques des macromolécules ainsi que l'interdépendance de leur dynamique moléculaire.