Mathilde, neuf ans, vit avec Hélène, sa mère divorcée. Elle cache, sous son matelas, les lettres de Madeleine, sa grand-mère (prétendument morte), qu'elle a découvertes chez son papy. Paul, le père d'Hélène, se soigne dans une maison de repos qu'il n'apprécie guère. Une nuit, Mathilde fait une fugue et le réveille. Elle lui demande de partir avec elle à la recherche de Madeleine. Il "emprunte" un minibus pour prendre le TGV de Biarritz. Son copain Léo couvre sa fuite, avec la complicité des autres pensionnaires. De son côté, Hélène lance les recherches pour retrouver sa fille disparue avant de trouver sous le matelas les lettres que son père lui avait toujours dissimulées... Mathilde apprend par bribes comment son Papy avait abandonné "Le Cou de la girafe", sa librairie de Biarritz, pour fuir à Bruxelles avec Hélène, lorsque, il y a trente ans, Madeleine l'avait quitté pour son ami Maxime. Plus tard, Madeleine avait retrouvé leur trace, et il avait déménagé à Paris. Arrivés à Biarritz, ils ne retrouvent pas Madeleine. Maxime leur apprend qu'il n'était resté que quatre ans avec Madeleine. Hélène les rejoint à Biarritz et accuse son père de l'avoir privé de sa mère. Elle le laisse regagner Paris et part avec Mathilde dans le village d'Aragon, où habite Madeleine. Elles la retrouvent. Mais celle-ci, atteinte d'Alzheimer, les prend pour des étrangères.