La modélisation des transferts de chaleur et de masse en milieux poreux quelconques est étudiée d'un point de vue théorique et appliqué. La résolution numérique du couplage des équations de la chaleur et de Darcy est validée et testée sur des exemples théoriques, puis appliquée à moyenne et grande échelle pour mettre en évidence les phénomènes de convection-conduction dans les couches poreuses du Graben du Rhin et sur le site géothermique de Soultz-Sous-Forêts (Alsace, France). La première partie de ce travail est consacrée à une synthèse des données géologiques et géophysiques du Graben du Rhin. La deuxième partie est consacrée à la mise au point et à l'automatisation d'un conductivimètre pour mesurer la conductivité thermique du granite de Soultz. Les conductivités thermiques horizontales et verticales évaluées sur 13 échantillons prélevés entre 1400 et 2000 m (forage EPS1), montrent une valeur moyenne homogène et isotrope de 2.88+0.17 Wm-¹ K-¹ à 25°C, impliquant une variabilité du flux géothermique de 70 à 30 mW/m². Enfin, le flux géothermique de surface de la région a été cartographié à l'aide de 71 forages pétroliers. Cette carte montre de fortes valeurs de flux thermique en surface auteur de Soultz (>170 mW/m²). La troisième partie est consacrée à la modélisation numérique des transferts de chaleur et masse dans les couches sédimentaires asymétriques du Graben du Rhin et du socle granitique. Les modèles montrent que l'anomalie de surface peut être due à des circulations d'eau hydrothermale dans le buntsandstein et le socle granitique