La restauration des cours d'eau de montagne ainsi que l'évolution du contexte hydro-sédimentaire et des facteurs de contrôle associés (climat, modification des usages de sol, reboisement, anthropisation, etc.) ont été amplement étudiées dans les bassins versants alpins. Les cours d'eau pyrénéens restent quant à eux très peu documentés et les connaissances concernant leur dynamique torrentielle sont limitées. Pour autant, les problématiques observées récemment dans ces bassins, et les quelques trajectoires d'évolution renseignées tendent à montrer des changements allant sur la même tendance. Ce travail de recherche a l'ambition d'aborder, sous une approche globale et systémique, un projet de restauration d'un tronçon de rivière de montagne. La démarche méthodologique adoptée se veut pluridisciplinaire. La dynamique du système est ainsi appréhendée sous différents angles et différentes échelles, nécessitant l'intervention de domaines scientifiques variés (hydrologie, hydraulique, géomorphologie, risques). Les objectifs de la thèse sont nombreux. Le premier concerne la compréhension des évolutions du tronçon du Lac des Gaves, au sein du bassin versant du Gave de Pau dans les Hautes-Pyrénées et du système torrentiel en amont immédiat. Il s'agit d'identifier les différents forçages (anthropiques et naturels) ayant conduit au contexte hydro-sédimentaire actuel à travers une approche rétrospective et expérimentale. Il résulte de cette analyse une caractérisation de l'évolution du contexte sédimentaire du bassin versant du Gave de Pau sur huit périodes, indiquant que ce dernier se situe toujours dans une période de réajustement post-crue de juin 2013. Le second concerne la quantification du comportement des flux liquide et solide provenant du système torrentiel amont afin de comprendre leurs effets sur le milieu physique étudié et de fixer des ordres de grandeur. Pour ce faire, une modélisation hydrologique avec le modèle MARINE à l'échelle du bassin versant est effectuée afin de reconstituer les événements de crues majeurs et d'alimenter le modèle hydro-sédimentaire bidimensionnel développé à l'échelle du tronçon avec le modèle TELEMAC. Cette approche montre à quel point il est difficile d'effectuer des estimations précises de l'hydrologie en terrains de montagne et que, si de bons résultats peuvent être observés en aval, il reste compliqué de trouver un consensus pour la calibration du modèle en amont. A l'échelle du tronçon, les résultats témoignent de la difficulté de reproduire l'évolution d'un chenal à morphologie très complexe. Des calculs de bilans sédimentaires ont également été conduits dans le but d'identifier la quantité de matériaux arrivant au Lac des Gaves et modifiant potentiellement sa morphologie. Cette démarche a permis de sélectionner une formule adaptée au bassin versant du Gave de Pau et d'obtenir des ordres de grandeur des volumes de matériaux provenant du système torrentiel amont. Enfin, ce projet de restauration suscite vivement l'intérêt de différentes parties prenantes des vallées des Gaves. Les enjeux sont multiples et une mesure de restauration donnée peut impacter significativement la sécurité des biens et des personnes, les différents aspects socio-économiques et la continuité écologique du système. Afin d'intégrer ces différents critères, une approche participative impliquant les parties prenantes du projet est déployée sous la forme d'une méthodologie orientée système. Pour soutenir cette approche, les Réseaux Bayésiens sont utilisés comme outils de modélisation de par leur propension à combiner des connaissances transdisciplinaires, multidimensionnelles et des données de natures diverses. Leur utilisation comme support à la prise de décision dans le cadre d'un projet de restauration de cours d'eau est finalement abordée et appliquée au cas d'étude particulier du Lac des Gaves.