Ce mémoire propose une synthèse des travaux de recherche que j'ai menés et dirigés en prévision hydrologique. Il s'agit majoritairement de travaux menés depuis mon arrivée au sein de l'équipe « Hydrologie de Bassins Versants » à Irstea, Centre d'Antony, en novembre 2007. Ils s'inscrivent pleinement dans le domaine des sciences hydrologiques et, plus particulièrement, dans la thématique de la prévision hydrologique pour l'anticipation des situations à risque (crues/inondations et étiages/sécheresses) et la gestion de la ressource en eau en avenir incertain. De manière générale, la prévision hydrologique vise à traduire les observations et les prévisions météorologiques en estimations des débits futurs des rivières. Plusieurs techniques et modèles peuvent être employés afin de répondre à une variété d'objectifs d'un gestionnaire de l'eau ou d'un décideur sensible au risque d'un événement sévère, qu'il soit de crue ou d'étiage. Dans mes recherches, je me suis intéressée à la prévision hydrologique d'ensemble. L'approche de prévision d'ensemble a été développée dans le but d'appréhender et quantifier l'incertitude inhérente à toute prévision. Elle ne cherche pas à fournir une unique prévision déterministe, mais un ensemble de scénarios représentatifs de l'incertitude liée à la prévision. Ces scénarios échantillonnent au mieux les différentes sources d'erreurs pouvant influencer la connaissance de l'évolution future des variables prévues. Ils représentent un système de prévision probabiliste, qui associe une probabilité (ou vraisemblance) à l'occurrence future d'un événement donné, lorsqu'ils sont statistiquement bien calibrés et sous l'hypothèse que le nombre de scénarios est suffisant pour bien représenter la distribution prédictive, c'est-à-dire, l'ensemble de probabilités d'occurrence de l'événement. Dans ce mémoire, je me focalise sur deux aspects de la prévision hydrologique d'ensemble. Le premier concerne la qualité des prévisions, au vu des nombreux attributs qui qualifient une bonne prévision probabiliste. Le second aspect est la valeur (économique ou d'utilité sociétale) des prévisions pour les utilisateurs et décideurs. J'ai cherché à mieux comprendre ces deux aspects afin de pouvoir apporter des éléments de compréhension dans l'usage des prévisions d'ensemble pour la prise de décision et dans la gestion de l'eau et des risques hydrologiques. La qualité et la valeur d'une prévision hydrologique reposent sur au moins trois piliers essentiels d'une chaîne de prévision hydrométéorologique. Il s'agit (1) des données historiques, observées en temps réel ou prévues de forçage atmosphérique, (2) des modèles avec leurs capacités prédictives, et (3) des prévisionnistes avec leur perception du risque et des imperfections qui se cachent dans les données et les outils qu'ils manipulent. En s'appuyant sur ces trois piliers, la recherche du lien entre qualité et valeur des prévisions apparait comme un fil conducteur au long de ce mémoire. L'idée est de faire dialoguer plusieurs points de vue qui définiront si une prévision est bonne et/ou utile pour ceux qui l'élaborent et pour ceux qui l'utilisent comme information de base pour prendre une décision. Cet ensemble devrait nous fournir une approche intégrative de nos savoirs, nos ignorances et nos capacités à communiquer et agir lorsque nous sommes mobilisés par l'exercice de la prévision. Bien que le futur ne deviendra pas moins incertain, il sera, je l'espère, plus éclairé.