Dans de nombreuses régions tropicales dont certaines zones du Brésil, les plantations industrielles d'Eucalyptus connaissent une expansion rapide. L'impact environnemental et la durabilité de ces plantations soulèvent de nombreuses questions, notamment en termes d'évolution du bilan carboné et de la fertilité des sols, et d'impact sur les ressources en eau. Cette thèse contribue à apporter des réponses à ces questions, en étudiant les bilans de carbone, d'eau et d'azote des plantations d'Eucalyptus de l'état de São Paulo. L'approche privilégiée est celle de la modélisation écophysiologique, et l'échelle visée in fine est celle de grandes plantations. Cette thèse présente une première approche empirique d'estimation spatialisée de la production des plantations, basée sur la construction et l'interprétation de séries temporelles d'indice de végétation du satellite MODIS sur un ensemble de parcelles d'âge et de productivité contrastés. Ensuite une approche plus complète de modélisation écophysiologique est développée, basée sur le modèle C-H2O-N " G'DAY " qui a été adapté au cas des plantations brésiliennes. La simulation par le modèle des flux de C, H2O et N sur l'ensemble de parcelles évoqué précédemment, à l'échelle de la rotation, a été réalisée avec et sans la contribution de données d'indice foliaire, obtenues à partir des séries temporelles de réflectance MODIS. Ces séries temporelles de données satellitaires sont riches en informations sur la variabilité spatio-temporelle de la productivité, qui est bien reproduite par le modèle écophysiologique proposé.