La disponibilité en eau est un facteur essentiel pour le rendement des principales espèces cultivées. Le tournesol figurant parmi les espèces d'importance économique majeure est concerné par cet enjeu. L'objectif de cette thèse est d'identifier les régions génomiques permettant d'expliquer la variabilité du rendement sous contraintes hydriques. Une approche de génétique d'association a été menée sur un panel de 384 lignées cultivées et élites évalué en combinaison hybride sur un réseau expérimental de 17 environnements. L'analyse séparée de chaque environnement a permis d'identifier 157 marqueurs associés avec au moins un caractère grâce à l'utilisation d'un modèle prenant en compte la structuration du panel en deux groupes : restauratrices de fertilité et mainteneuses de stérilité mâle. Parmi ces marqueurs significatifs, 34 étaient associés avec un caractère lié à la productivité, mais ceci, le plus souvent, de manière spécifique à un environnement, soulignant ainsi l'importance de l'interaction génotype-environnement. Un modèle éco-physiologique simulant la performance de génotypes en fonction des conditions environnementales, a permis de caractériser le stress hydrique au sein du réseau. En utilisant des variétés témoins définies dans le modèle, un index de stress a été estimé pour chaque environnement. La réponse du panel à cet index a ensuite été testée en génétique d'association permettant d'identifier de nouveaux loci impliqués dans la tolérance au stress hydrique et la stabilité du rendement. Enfin, La détection de QTL à partir d'une population bi-parentale a permis de confirmer certaines zones détectées en génétique d'association et d'en découvrir de nouvelles.