Thèse: Ce travail s’inscrit dans le cadre des études menées par l’IRSN sur la sûreté d’un stockage géologique des déchets radioactifs HA-MAVL, et plus particulièrement sur la barrière géologique, une des composantes du concept multi-barrière proposé par l’Andra. La formation argileuse du Callovo-Oxfordien, située dans l’Est de la France, est actuellement étudiée par l’Andra comme roche hôte potentielle du futur stockage. L’évaluation des performances de la barrière géologique repose sur la connaissance de ses propriétés de confinement et plus particulièrement sur la maitrise des paramètres de transport en son sein. Cette thèse s’inscrit dans cet objectif et, plus spécifiquement sur l’apport des traceurs naturels à la compréhension des mécanismes de transfert. Une étude des profils de traceurs naturels des eaux porales à partir d’échantillons provenant de forages traversant les formations mésozoïques de l’Est et du Sud de la France a été menée. L’échange diffusif en phase vapeur et la diffusion radiale ont été appliqués pour déterminer les concentrations et paramètres de diffusion des traceurs. Dans les argilites de Tournemire, les profils de traceurs se présentent sous la forme d’une courbe caractéristique d’un échange diffusif entre l’eau porale des argilites et celle de son encaissant aquifère sous influence météorique. Pour les formations de l’Est de la France, cette étude a confirmé un processus de diffusion dominant au sein de la formation du Callovo-Oxfordien et a permis de préciser les paramètres de transport sur la totalité de la colonne stratigraphique allant de l’Oxfordien au Lias. Elle a également permis d’identifier le Lias comme source de sel pour le Dogger aquifère.