Cette thèse porte sur la structure spatiale de la diversité génétique. Dans un premier temps, nous étudions un processus à valeurs mesure décrivant l'évolution de la composition génétique d'une population soumise à la sélection naturelle. Nous montrons que ce processus satisfait un théorème de la limite centrale, et que ses fluctuations sont données par la solution d'une équation aux dérivées partielles stochastique. Nous utilisons ce résultat pour donner une estimation du fardeau de dérive au sein d'une population structurée en espace.Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à la composition génétique d'une population lorsque les individus se déplacent plus facilement dans une région de l'espace que dans l'autre (on parle alors de dispersion hétérogène). Nous démontrons dans ce cas la convergence des fréquences alléliques via la convergence des lignées ancestrales vers un système de mouvements browniens de Walsh.Nous détaillons également l'impact d'une barrière géographique traversant l'habitat d'une population sur sa diversité génétique. Nous montrons que les lignées ancestrales décrivent dans ce cas des mouvements browniens partiellement réfléchis, dont nous donnons plusieurs constructions.Dans le but d'appliquer ces travaux, nous adaptons une méthode d'inférence démographique au cas de la dispersion hétérogène. Cette méthode utilise les blocs continus de génome hérités d'un même ancêtre entre les paires d'individus dans l'échantillon et permet d'estimer les caractéristiques démographiques d'une population lorsque celles-ci varient dans l'espace. Pour terminer nous démontrons l'efficacité de notre méthode sur des données simulées. / This thesis deals with the spatial structure of genetic diversity. We first study a measure-valued process describing the evolution of the genetic composition of a population subject to natural selection. We show that this process satisfies a central limit theorem and that its fluctuations are given by the solution to a stochastic partial differential equation. We then use this result to obtain an estimate of the drift load in spatially structured populations.Next we investigate the genetic composition of a populations whose individuals move more freely in one part of space than in the other (a situation called dispersal heterogeneity). We show in this case the convergence of allele frequencies via the convergence of ancestral lineages to a system of skew Brownian motions.We then detail the effect of a barrier to gene flow dividing the habitat of a population. We show that ancestral lineages follow partially reflected Brownian motions, of whom we give several constructions.To apply these results, we adapt a method for demographic inference to the setting of dispersal heterogeneity. This method makes use of long blocks of genome along which pairs of individuals share a common ancestry, and allows to estimate several demographic parameters when they vary accross space. To conclude, we demonstrate the accuracy of our method on simulated datasets.

L'objectif de ce travail est d'étudier le comportement en temps long d'un modèle de particules avec une interaction de type branchement. Plus précisément, les particules se déplacent indépendamment suivant une dynamique markovienne jusqu'au temps de branchement, où elles donnent naissance à de nouvelles particules dont la position dépend de celle de leur mère et de son nombre d'enfants. Dans la première partie de ce mémoire nous omettons le branchement et nous étudions le comportement d'une seule lignée. Celle-ci est modélisée via un processus de Markov qui peut admettre des sauts, des parties diffusives ou déterministes par morceaux. Nous quantifions la convergence de ce processus hybride à l'aide de la courbure de Wasserstein, aussi nommée courbure grossière de Ricci. Cette notion de courbure, introduite récemment par Joulin, Ollivier, et Sammer correspond mieux à l'étude des processus avec sauts. Nous établissons une expression du gradient du semigroupe des processus de Markov stochastiquement monotone, qui nous permet d'expliciter facilement leur courbure. D'autres bornes fines de convergence en distance de Wasserstein et en variation totale sont aussi établies. Dans le même contexte, nous démontrons qu'un processus de Markov, qui change de dynamique suivant un processus discret, converge rapidement vers un équilibre, lorsque la moyenne des courbures des dynamiques sous-jacentes est strictement positive. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous étudions le comportement de toute la population de particules. Celui-ci se déduit du comportement d'une seule lignée grâce à une formule many-to-one, c'est-à-dire un changement de mesure de type Girsanov. Via cette transformation, nous démontrons une loi des grands nombres et établissons une limite macroscopique, pour comparer nos résultats aux résultats déjà connus en théorie des équations aux dérivées partielles. Nos résultats sont appliqués sur divers modèles ayant des applications en biologie et en informatique. Parmi ces modèles, nous étudierons le comportement en temps long de la plus grande particule dans un modèle simple de population structurée en taille / The aim of this work is to study the long time behavior of a branching particle model. More precisely, the particles move independently from each other following a Markov dynamics until the branching event. When one of these events occurs, the particle produces some random number of individuals whose position depends on the position of its mother and her number of offspring. In the first part of this thesis, we only study one particle line and we ignore the branching mechanism. So we are interested by the study of a Markov process which can jump, diffuse or be piecewise deterministic. The long time behavior of these hybrid processes is described with the notion of Wasserstein or coarse Ricci curvature. This notion of curvature, introduced by Joulin, Ollivier and Sammer, is more appropriate for the study of processes with jumps. We establish an expression of the gradient of the Markov semigroup of stochastically monotone processes which gives the curvature of these processes. Others sharp bounds of convergence, in Wasserstein distance and total variation distance, are also established. In the same way, we prove that if a Markov process evolves according to one of finitely many underlying Markovian dynamics, with a choice of dynamics that changes at the jump times of a second Markov process, then it is exponentially ergodic, under the assumption that the mean of the curvature of the underlying dynamics is positive. In the second part of the work, we study all the population. Its behaviour can be deduced to the study of the first part using a Girsavov-type transform which is called a many-to-one formula. Using this relation, we establish a law of large numbers and a macroscopic limit, in order to compare our results to the well know results on deterministic setting. Several examples, based on biology and computer science problems, illustrate our results, including the study of the largest individual in a size-structured population model

Cette thèse étudie le Q-processus de certains processus de branchement (superprocessus inhomogènes) ou de recombinaison (processus de Lambda-Fleming-Viot) via une approche généalogique. Dans le premier cas, le Q-processus est défini comme le processus conditionné à la non-extinction, dans le second cas comme le processus conditionné à la non-absorption. Des constructions trajectorielles des Q-processus sont proposées dans les deux cas. Une nouvelle relation entre superprocessus homogènes et processus de Lambda-Fleming-Viot est établie. Enfin, une étude du Q-processus est menée dans le cadre général des processus régénératifs / This work is concerned with the definition and study of the Q-process of some branching processes (inhomogeneous superprocesses) or recombination processes (Lambda-Fleming-Viot process). In the first case, the Q-process is defined as the process conditioned on non-extinction, whereas in the second case, it is defined as the process conditioned on non-absorbtion. A pathwise construction of the Q-process is given in both cases. A link between a class of homogeneous superprocesses and Lambda-Fleming-Viot processes is provided. Last, a study of the Q-process in the more general framework of regenerative processes is performed