L'objectif de ce travail est d'analyser et de modéliser le transport d'un polluant dans la couche superficielle non saturée du sol. On se limite aux sols arides pour lesquels les constituants de la phase liquide sont fortement liés à la phase solide et où les transferts de matière s'opèrent en phase liquide et en phase gazeuse avec prise en compte du changement de phase liquide-gaz. Un dispositif original permet d'abord l'analyse des isothermes de désorption de l'eau, de l'heptane, du trichloréthylène (TCE) et du mélange eau+TCE dans le sol. Le changement de phase des composés liquides fera l'objet d'une étude expérimentale tandis que l'ensemble des travaux bibliographiques et expérimentaux nous conduit à proposer un modèle mathématique. La validation du modèle porte sur le transfert d'eau en comparant les résultas du modèle à ceux des expériences de transfert sur des colonnes de sol. Ce modèle traduit particulièrement bien le flux d'eau à la surface et l'évolution des profils de teneur en eau. Dans une deuxième partie, on examine le transfert du TCE dans la couche superficielle. Des études de sensibilité ont été menées sur l'épaisseur de la couche superficielle, la teneur en eau, la concentration initiale du TCE, la constante de Henry et du coefficient de changement de phase. Cette étude met en évidence l'importance des différents paramètres sur les transferts d'un composé organique volatil indiquant ainsi la nécessité de mener parallèlement à la modélisation, des expériences en laboratoire et in situ.