Les fluctuations du climat et du niveau marin, de plus ou moins grande amplitude, influencent le taux d’érosion sur le continent, le transport de sédiment vers l’océan et sa distribution vers le bassin profond. Les canyons sous-marins, structures érosives de premier abord, sont les zones de transfert privilégiées entre le plateau continental et le bassin profond. Peu d’études se sont concentrées sur la relation entre le remplissage des canyons, l’acheminement des sédiments et les variations du niveau marin. La chronologie de leur mise en place et de leur évolution aux échelles de temps géologiques restent également largement spéculatifs. Ce travail est consacré à la genèse des canyons sous-marins au Plio-Quaternaire sur les marges de l’Ebre et du Golfe du Lion, en Méditerranée occidentale. Cette genèse intervient après la crise de salinité messinienne, qui a conduit au démantèlement par érosion continentale des marges méditerranéennes. Après une initiation par érosion régressive au Pliocène, les canyons sous-marins connaissent un développement majeur lors de la mise en place des cycles climatiques de 100 ka au Quaternaire, en lien avec l’amplification des oscillations du niveau marin pouvant atteindre 150 m. L’utilisation et la comparaison de données sismiques (2D et 3D) de résolution et pénétration différentes, couplées à des calages chrono-stratigraphiques par forages, permettent de mettre en évidence le lien important entre les cycles climatiques de Milankovitch (principalement 100 et 41 ka) et l’architecture des têtes de canyons. Les changements rapides du climat et du niveau marin (cycles de Bond) ont également une influence importante sur le flux sédimentaire et les processus de transport, ainsi que sur la connexion/déconnexion avec les systèmes fluviatiles. / Climate and sea-level changes with various magnitudes control continental erosion, sediment transport and its delivery to the deep basin. Submarine canyons, that are erosional features at a first glance, are conduits for sediment transport from the continental shelf to the deep sea. Little studies focused on the relationship between canyon infill, sediment delivery and sea-level variations. The chronology of canyon development and evolution through geological time remains speculative. This thesis is dedicated to the understanding of the genesis of submarine canyons in the western Mediterranean Sea during the Plio-Quaternary. This period occurred after the major erosion of Mediterranean continental margins during the Messinian Salinity Crisis. Canyons were initiated by retrogressive erosion during the Pliocene. They further developed in relation with the amplification of sea-level changes during the Quaternary (up to 150 m). The results are based on a large range of 2D and 3D seismic data resolution and chrono-stratigraphic constraints. The stratigraphic signature of Milankovitch (mainly 100 and 40 ka) is revealed within canyon heads. Rapid climate and sea-level changes (Bond Cycles) have also a distinct signature by controlling the type and amount of sediment delivered in canyon heads, and the connection/disconnection with fluvial systems.