Comprendre comment évoluent les écosystèmes lors de perturbations majeures de l'environnement nécessite de prendre en compte l'histoire évolutive des espèces, c'est-à-dire leur phylogénie. Dans ce Mémoire de thèse, j'utilise une approche modélisatrice afin d'étudier l'évolution phénotypique en lien avec l'environnement (écomorphologie), approche incluant des données actuelles et fossiles et visant in fine à comprendre comment les écosystèmes se diversifient et s'organisent structurellement et fonctionnellement à l'échelle des temps géologiques. Le cadre historique, fourni par la phylogénie, définit une trame analytique commune à l'étude de taxons actuels et fossiles. Différents outils dédiés, d'une part au traitement de données morphométriques souvent incomplètes, et d'autre part aux études écomorphologiques évolutives dans un contexte phylogénétique, sont développés et discutés. Cette thèse s'articule autour de deux ateliers consacrés à l'étude macroévolutive et macroécologique de grands mammifères « ongulés » : Bovidae, Cervidae, et Equidae. Le premier atelier concerne les ruminants actuels, clade très diversifié et à l'écologie des espèces constitutives connue. Les analyses révèlent des modes évolutifs contrastés entre Cervidae et Bovidae actuels, en fonction des niches écologiques et des caractères écomorphologiques considérés. La diversification moi pliocène des Bovidae africains apparaît corrélée à des évènements globaux, tandis que leur évolution phénotypique révèle des modes de diversification différents selon les habitats. Le second atelier est focalisé sur l'impact d'un événement majeur ayant affecté l'ensemble du pourtour méditerranéen à la limite Miocène- Pliocène, il y a 5,3 millions d'années : la Crise de Salinité Messinienne. Il repose sur l'étude d' « ongulés » fossiles et apporte des précisions sur l'aspect temporel de l'évolution de ces mammifères avant et après cet événement. Les principaux résultats illustrent des variations rapides de la structure phylogénétique des assemblages d'ongulés qu'il est possible de relier au contexte biogéographique et aux variations climatiques locales et régionales. Les renouvellements fauniques (acteurs) et fonctionnels (rôles), initiés dès la fin du Miocène moyen, apparaissent progressifs et non soudains. Les résultats obtenus offrent une meilleure caractérisation et compréhension des réponses évolutives de ces mammifères, grands consommateurs primaires souvent parmi les premiers menacés lors de perturbations climatiques et environnementales majeures / Understanding how ecosystems evolve when facing severe climatic perturbations of the environment requires an historic perspective provided by species phylogenies. In this thesis, I use a modelling framework to investigate the question of the phenotypic evolution of species as an adaptation to the environment (ecomorphology). I combine extant and fossil data to study how ecosystems are diversifying and organizing structurally and functionally on a geological time scale. The historical context provided by the phylogeny defines a unified analytical framework for the study of extant and fossil taxa. Several analytical tools dedicated, on the one hand to deal with missing cases in morphometric studies, and on the other hand to ecomorphological studies in a phylogenetic context, are developed and discussed. This PhD thesis is organized along two main research axes dedicated to the macroevolutionary and macroecological study of three large mammals “ungulate” families: Bovidae, Cervidae, and Equidae. First I focus on extant ruminants, a well diversified clade for which species ecological preferences are well known. The analyses show contrasted evolutionary modes between extant cervids and bovids, depending on the ecological niche and ecomorphological traits under scrutiny. The Mio-Pliocene diversification of African bovids appears to be correlated with global climatic events while their phenotypic evolution shows contrasted evolutionary patterns depending on the habitat. The second axis focuses on the circum Méditerranean impact of a major event that took place at the Miocene-Pliocene boundary, 5.3 million years ago: the Messinian Salinity Crisis. The comparative study of extinct “ungulates” living before and after this event provides some clues about the evolutionary rates and spatial patterns of phylogenetic diversity of these large mammals. The phylogenetic structure of the ungulate communities shows abrupt changes related to the local and regional biogeographic context as well as variations in climate conditions. Meanwhile, progressive faunal (actors) and functional (roles) turnovers are depicted from the beginning of the Late Miocene onward. These results provide a better characterization and understanding of the evolutionary responses to broad climatic and environmental perturbations of these often-threatened, large primary consumer “ungulate” mammals

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