Le bassin de Paris est considéré comme un exemple typique de bassin intracratonique (sag) affecté par une subsidence thermique long terme. Le Cénozoïque correspond à une période de faible subsidence (épaisseurs inférieures à 350m) et marque la fin du fonctionnement de ce bassin. C'est en outre une période de forte déformation de la plaque européenne, dans un contexte de convergence Afrique-Eurasie et d'ouverture de l'Atlantique Nord caractérisée par des inversions de grabens dans le Nord et l'Est de l'Europe. Si de nombreux hiatus ont été identifiés, les déformations cénozoïques du bassin de Paris, situées sur une croûte à l'équilibre et leur relation aux contraintes en limite de plaque restent méconnues. Cette thèse a pour objectif de recomposer à haute résolution spatiale et temporelle (de l'ordre du million d'années) les géométries sédimentaires 3D et les paléogéographies successives du Paléocène au début de l'Oligocène. Ce travail qui s'appuie sur de nombreuses données biostratigraphiques consiste en une approche couplée de sédimentologie de faciès et de corrélations diagraphiques (500 puits) selon les principes de la stratigraphie séquentielle. Trois ordres de séquences sont définis. Les cycles d'ordre supérieur (4ème et 3ème ordre) enregistrent les variations climato-eustatiques. Cinq séquences de dépôt (2e ordre), limitées par des discontinuités et/ou des réorganisations paléogéographiques sont identifiées : (1) Maastrichtien-Danien ; (2) Thanétien-Yprésien ; (3) Lutétien-Bartonien ; (4) Bartonien-Priabonien terminal et (5) Priabonien terminal-Chattien. Les architectures des séquences (1) à (4) sont contrôlées par des phases de flexures. Après des émersions lors des paroxysmes de flexuration, la relaxation progressive des flexures se traduit tout d'abord par la mise en place de profils pentés et ouverts, puis par des profils de plus en plus plats et confinés associés à une transgression généralisée. Du Thanétien au Bartonien s'observent des flexures d'axe E-W, dont les âges sont compatibles avec les différentes phases de la convergence Ibérie-Eurasie. En outre, une déformation de courte durée à l'Yprésien basal est rattachée à l'ouverture de l'Atlantique Nord. Enfin, une réorientation majeure du bassin possiblement liée au début de la collision Apulie-Eurasie est observée au Priabonien. Ce travail fournit un calage à haute résolution pour la compréhension et la modélisation des déformations intraplaques. Différentes tailles de flexure, de l'ordre de 150 à plus 300 km sont observées traduisant une implication d'épaisseurs plus ou moins importantes de la lithosphère. / The Paris basin is currently considered as a typical example of intracratonic basin (sag) affected by long term thermal subsidence. The Cenozoic is a period a low subsidence (less than 300m thick) and correspond to the end of the Paris basin sedimentation. Moreover, it is a period of strong deformation of the European plate related to Africa Europe convergence and North Atlantic opening, well known through numerous grabens inversions in northern and eastern Europe. While hiatus have been highlighted within Paris Basin sedimentation, cenozoic deformations of this thicker crust basin still poorly known. This thesis aims at recompose high resolution temporal and spatial evolution of 3D sedimentary geometries and palaeogeographies from Thanetian to Lower Oligocene. This work is firstly based on available and newly acquired biostratigraphic data. Facies sedimentolgy and well data correlations based on sequence stratigraphy principles allowed to recompose the basin evolution at 1Ma timescale. 2 orders of sequences were identified. Third order sequences (1My duration) seems to be controlled by climate-eustasy. Five main (2nd order) sequences bounded by unconformities and/or palaeogeographic reorganization are highlighted : (1) Maastrichtian-Danian ; (2) Thanetian-Ypresian ; (3) Lutetian-Bartonian ; (4) Bartonian-top Priabonian et (5) Top Priabonian-Chattian. Sequences 1 to 4 correspond to basin scale flexure which control their architecture. Following emersion during the main flexural phases, flooding start with relatively steep depositional profiles. As flexure progressively relax, flatter depositional profiles take place together with overall transgression. This work yield high resolution constraints for the understanding and thermomechanical modelling of intraplate deformations various lenght of flexures form 150 to 300km and more are identified and traduces different thickness of deformed lithosphere. From Thanetian to Bartonian, successives E-W oriented flexures take place which ages are congruent with the main phases of Iberia-Eurasia convergence. A short term deformation in basal Ypresian is attributed to the onset of North Atlantic opening. Finally major basin-scale reorientation during Priabonian could be linked to the onset of Apulia- Eurasia continental collision.