L’objectif général de la thèse est d’améliorer la représentation et la compréhension des processus liés au transfert des produits phytosanitaires à l’échelle d’un versant, en adoptant une approche simplifiée pour une modélisation spatialisée. Pour ce faire, nous avons choisi d’intégrer les processus que l’on suppose dominants à l’échelle d’un versant dans une plateforme hydrologique qui serait « orientée-processus », modulaire, évolutive, et open source. La plateforme de modélisation hydrologique CMF, développée à l’université de Giessen (Kraft, 2012) a été choisie pour mettre en oeuvre cette approche. La caractérisation de la réponse hydrologique de la plateforme a été menée en deux étapes : des simulations en 1D ont d’abord été comparées à celles réalisées via Hydrus1D ; des simulations en 2D ont été menées en comparant les résultats obtenus avec ceux du modèle Cathy en se basant sur les travaux de Sulis et al. (2010) pour caractériser la représentation du ruissellement, et avec ceux d’Hydrus2D (Simunek et al., 1999 & Simunek et al., 2001), sur un versant inspiré du versant expérimental de la Morcille, bassin versant suivi par l’équipe Pollutions Diffuses, pour caractériser la représentation des écoulements subsurfaciques. La suite de ce travail de thèse a consisté à développer un modèle à double perméabilité au sein de CMF, afin de permettre la prise en compte des écoulements préférentiels dans certains types de sol structurés, nécessaire pour une meilleure représentation des processus en jeu. L’approche à double perméabilité (DP) choisie a induit le développement d’une nouvelle fonction d’infiltration en surface des macropores. Le modèle DP contient également deux fonctions alternatives pour représenter les échanges matrice-macropores : la première est proportionnelle à la différence de degré de saturation des deux compartiments du sol (Philip, 1968) ; la deuxième correspond à une onde diffusante analogue à l’approche présentée par van Genuchten (1993). La validation de l’approche DP a été réalisée via une comparaison avec la version double perméabilité d’Hydrus1D/2D, sur 4 sols types. Les résultats ont montré que les deux modèles conduisaient à une réponse proche en 1D pour les différents sols testés. Toutefois, des différences ont été observées en 2D. Elles peuvent notamment s’expliquer par les conceptualisations différentes adoptées par les deux modèles : CMF ne représente le transfert préférentiel que sur la verticale, alors qu’Hydrus2D représente l’ensemble des écoulements en 2D. Enfin, le transport de solutés au sein de CMF a été modélisé en simple porosité et en double perméabilité, en se limitant pour l’instant à la prise en compte de l’adsorption, et pas de la dégradation. Les premiers tests ont montré que la représentation des processus de dispersion demandait à être améliorée. Au total, cette thèse a permis de poser les bases d’une adaptation de la plateforme CMF à la représentation du devenir des pesticides au sein des bassins versants, en tenant compte des éléments du paysage.