Dans une installation de stockage géologique de déchets radioactifs, la corrosion des matériaux ferreux dans des conditions anoxiques, associée à la désintégration radioactive des déchets et à la radiolyse de l'eau, entraînera la formation d'hydrogène. Une bonne compréhension du comportement de migration de ce gaz est d'une importance fondamentale pour la fiabilité des scénarios de prédiction d'évolution à long terme d'un tel stockage. Si le taux de production de gaz dépasse le taux de diffusion du gaz dans les pores de la roche hôte, une phase gazeuse distincte se formera. Les forces de capillarité s'opposant au mouvement du gaz entraîneront une augmentation de la pression jusqu'à une valeur critique au-delà de laquelle il pourra pénétrer dans le matériau environnant et se déplacer par des processus advectifs. Différents mécanismes propres aux roches argileuses et à leur caractère nanoporeux pourraient toutefois influencer ces écoulements visco-capillaires. Tout d'abord, des mécanismes de transfert de masse se mettent en place aux interfaces eau/gaz conduisant à une évaporation (voire une recondensation capillaire sous certaines conditions) et favorisant l'apparition de chemins d'écoulement préférentiels, accentué par l'effet Kelvin dans les nanopores. Compte tenu des fortes pressions générées, la percolation du gaz génère aussi une dilatation des chemins percolants, pouvant conduire à un déplacement localisée de l'eau loin de ces chemins, sous l'effet de la compression de la matrice argileuse. Ces phénomènes d'ouverture des chemins percolants (micro fissuration) entraînent à leur tour un endommagement et une dégradation des propriétés mécaniques de la roche. Si la pression continue d'augmenter, des fractures en tension se développent de manière similaire à celles observées en fracturation hydraulique. En parallèle, dans les milieux argileux comme l'argilite du Callovo-Oxfordien (COx) l'eau porale contient des ions dissous et forme donc un électrolyte. Du fait des charges électriques présentes dans les feuillets d'argiles la densité de concentration des ions près des interfaces solide/liquide devient inhomogène et l'électrolyte n'est plus électriquement neutre (double couche électrique). Les écoulements sont dans ce cas plus complexes puisque des couplages apparaissent entre la dynamique du solvant et celle des ions. En effet, lorsque le fluide est soumis à un champ électrique, bien que le solvant soit neutre, on observe l'apparition d'un flux hydraulique. Ce mécanisme appelé électro-osmose est particulièrement important dans le cadre du stockage de déchets radioactifs à cause de l'introduction des radionucléides ioniques dans la couche géologique qui viendraient s'ajouter aux ions naturellement dissous dans l'eau porale. Dans le cadre de cette thèse, nous avons ainsi développé différents modèles mésoscopiques capables de prendre en compte ces couplages, qu'ils soient HydroChimiques (évaporation) HydroMécaniques (HM) ou ElectroCinétiques (EC) lors de la simulation de l'écoulement et du transport afin d'étudier l'impact de ces couplages sur la migration du gaz. Deux méthodes numériques ont ainsi été utilisées pour développer ces modèles : une approche SPH pour la caractérisation des processus d'évaporation et d'endommagement mécanique et une approche LBM pour l'étude des mécanismes d'électro-osmose.