Cette thèse s'intéresse aux interactions entre immunologie, épidémiologie et biologie évolutive. Nous utilisons une combinaison d'approches mathématiques et statistiques pour comprendre les processus gouvernant les dynamiques épidémiologiques et les phylogénies observées pour différents pathogènes de l'échelle individuelle aux populations. Nous prenons l'exemple de la grippe humaine. Trois hypothèses permettent de rendre compte de la phylodynamique particulière de la grippe: (i) il existe un mécanisme de densité-dépendance directe médié par une période temporaire d'immunité totale après infection ; (ii) le nombre de phénotypes possibles est limité, les virus les ré-explorant sans cesse ; (iii) l'évolution de l'antigène principal de la grippe est ponctuée, les échappements ponctuels à l'immunité induisant des balayages sélectifs. (iii) domine aujourd'hui et rend compte de la variabilité des épidémies de grippe, de larges échappements à l'immunité en induisant de plus grandes. Nous montrons que le formalisme ayant mené à (iii) induit de manière implicite un processus immunologique irréaliste pour la grippe. Nous révélons que les séries temporelles d'incidences grippales ne peuvent pas fournir une preuve du caractère ponctué de l'évolution antigénique, un modèle parcimonieux prenant en compte une évolution antigénique purement graduelle les reproduisant. La nature chaotique de ces dynamiques marque une limite fondamentale à la prédictibilité de la taille des épidémies de grippe et ce, indépendamment de la contingence évolutive. Nous développons un formalisme confrontable aux données pour tester les différentes hypothèses rendant compte de la phylodynamique de la grippe.