Les échanges entre les rivières et les nappes d’eau souterraine jouent un rôle essentiel dans le maintien des écosystèmes aquatiques. Or, leur caractérisation demeure difficile du fait de leur forte variabilité dans l’espace et dans le temps. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse est de développer des méthodes actives de mesures distribuées de température pour quantifier la dynamique des interactions nappe/rivière. Après avoir établi une nouvelle approche pour évaluer la résolution spatiale des mesures de température, nous avons validé deux nouvelles méthodes d’interprétation permettant d’estimer de manière distribuée les flux d’eau et la conductivité thermique du milieu poreux. Les travaux, associant modélisations numériques et mesures expérimentales en laboratoire, montrent que les méthodes d’interprétation développées permettent d’estimer avec une excellente précision les écoulements et que la gamme de flux pouvant être investiguée est particulièrement large. Pour tester cette approche prometteuse, des expériences actives ont ensuite été réalisées sur le terrain dans deux environnements différents : d’abord dans un petit cours d’eau d’ordre 1 de tête de bassin versant, puis dans un fleuve s’écoulant le long d’une plaine alluviale. Ces applications ont démontré le fort potentiel des méthodes actives pour quantifier les écoulements à l’interface nappe/rivière et décrire leur variabilité spatiale et temporelle. La comparaison des résultats obtenus sur les deux sites a permis finalement de discuter la faisabilité, les apports mais aussi les limites de la méthode dans différents contextes hydrologiques.