Les alcénones sont largement utilisées comme proxys pour estimer des températures d’eaux de surface océanique ou des pressions partielles de CO2 (pCO2) dans des périodes anciennes. Dans les océans actuels, ces cétones à longues chaînes carbonées sont essentiellement produites par les coccolithophoridés Emiliania huxleyi et Gephyrocapsa oceanica. Il existe toutefois un écart temporel important entre le premier enregistrement sédimentaire des alcénones au Crétacé (~120 Ma) et la première apparition des producteurs actuels (< 2 Ma). Il apparaît donc essentiel d’identifier les producteurs anciens d’alcénones afin d’assurer la fiabilité des proxys environnementaux basés sur ces biomarqueurs pour les périodes préquaternaires. Cette thèse présente trois cas d’étude correspondant à des périodes clés de l’évolution de la famille des Noëlaerhabdaceae, qui comprend les ancêtres cénozoïques des producteurs actuels d’alcénones. La comparaison entre le contenu en alcénones (distribution et concentrations) et les abondances relatives et absolues des différentes espèces de Noëlaerhabdaceae dans des sédiments marins datant de l’Eocène-Oligocène (35-31 Ma), del’Oligocène-Miocène (25-16 Ma) et du Pliocène supérieur (3,6-2,6 Ma) montre que,contrairement aux hypothèses précédentes, Reticulofenestra n’était pas le seul genre responsable de la production d’alcénones au Cénozoïque. Les résultats démontrent également qu’il est essentiel d’identifier avec précision les producteurs et la taille de leur cellule pour les estimations de pCO2. Au contraire, l’identification formelle des producteurs ne semble pas indispensable pour obtenir des estimations de températures cohérentes. / Alkenones have been widely used as proxies for the reconstruction of sea surface temperatures and of partial pressure of CO2 (pCO2) in ancient periods. In modern oceans, these long-chain ketones are mainly produced by the coccolithophores Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa oceanica. However, there is a huge gap between the first record of alkenonesin the Cretaceous (~120 Ma) and the first occurrence of the modern alkenone producers (< 2Ma). Thus, it seems crucial to identify ancient alkenone producers to ensure the applicability of environmental proxies based on these biomarkers in pre-Quaternary sediments. In this PhD thesis, three case studies are considered corresponding to key periods in the evolution history of the Noelaerhabdaceae family, which includes the Cenozoic ancestors of modern alkenone producers. The comparison between alkenone contents (distribution and concentrations) andNoelaerhabdaceae species-specific relative and absolute abundances in marine sedimentsdating back to the Eocene-Oligocene (35-31 Ma), the Oligocene-Miocene (25-16 Ma) and thelate Pliocene (3.6-2.6 Ma) shows that, contrary to common assumptions, Reticulofenestra was not the only genus responsible for alkenone production during the Cenozoic. Results also underscore the importance of a careful identification of alkenone producers and of their cellsize for pCO2 reconstructions for pre-Quaternary periods. On the contrary, the identificationof producers does not seem essential to obtain consistent paleo-temperature estimates.