La modélisation des systèmes hydrauliques à surface libre sur de larges plages de fonctionnement est un problème encore largement ouvert. Ce sont des systèmes non linéaires et distribués, caractérisés en général par de grandes dimensions physiques ainsi que par des retards purs. En considérant une portion donnée d’un canal d’écoulement, nous nous intéressons spécifiquement à l’influence produite par un flux entrant à une extrémité du canal sur un flux sortant à l’autre extrémité. Dans cet article nous proposons une nouvelle approche de modélisation de cette relation dynamique, basée sur des modèles affines par morceaux. L’estimation du modèle proposé consiste à (i) résoudre un problème de classification de données dont le but est de séparer les données disponibles selon leurs sous-modèles affines respectifs, (ii) déterminer le nombre de sous-modèles nécessaires à l’obtention d’une bonne approximation du système, (iii) estimer les paramètres associés à ces sous-modèles Enfin, un classifieur multi-classe à base de Support Vector Machines (SVM), à marge souple, est utilisé pour estimer les surfaces de changement de mode. Il permet de trouver une partition polyhédrale de l’espace de régression en discriminant toutes les classes simultanément. La méthode proposée est ensuite appliquée avec succès à la modélisation de la galerie Lunax-Save située dans le sud-ouest de la France.