En reflétant une image plus ou moins fidèle du cerveau, l’endocrâne permet d’accéder au système nerveux des espèces fossiles. A partir de spécimens exceptionnellement préservés de mosasaures (Squamata) et de plésiosaures (Sauropterygia), provenant des affleurements turoniens de Goulmima (sud du Maroc), ce travail a pour but de décrire, pour la première fois en détail l'anatomie endocrânienne de ces deux grands clades de reptiles marins du Mésozoïque. Cette étude a pour but d’inférer leurs capacités sensorielles permettant de comprendre leur cohabitation, leurs interactions et leur position au sein du réseau trophique. L'anatomie endocrânienne des squamates actuels, principalement des serpents mais aussi des varans et des amphisbènes, presque inconnus jusqu'à présent, a également été étudiée à des fins comparatives afin d’analyser les relations forme-fonction associées aux endocrânes. La variabilité morphologique de l’endocrâne chez les squamates actuel démontre un signal phylogénétique mais également écologique. De plus, la taille relative de chaque structure endocrânienne révèle des différences de vision et d'olfaction selon les espèces. Parmi les taxons fossiles, la microtomographie a été utilisée pour reconstituer en détail la morphologie crânienne de trois nouveaux spécimens de plésiosaures. Deux de ces spécimens ont été assignés à l’élasmosaure Libonectes morgani et le troisième à un polycotylidé indéterminé. La morphologie 3D de l'endocrâne a été reconstruite pour ces spécimens ainsi que pour le mosasaure basal Tethysaurus nopcsai. La morphologie endocrânienne des plésiosaures diffère de celles retrouvées chez les vertébrés éteints et actuels. En se basant sur la taille relative des structures composant leurs endocrânes, le mosasaure Tethysaurus et les plésiosaures semblent davantage utiliser la vision que l'olfaction pour interagir avec leur environnement. Ces nouvelles données endocrâniennes, ajoutées aux informations déjà disponibles dans la littérature, suggèrent différents modes de locomotion et techniques de chasse, ce qui leur a probablement permis de coexister à Goulmima en tant que prédateur. / As windows into the deep history of neuroanatomy, endocasts may provide information about the central nervous system of fossil taxa. Based on exceptionally preserved specimens of coeval mosasauroids (Squamata) and plesiosaurians (Sauropterygia), from the Turonian outcrops of Goulmima (Southern Morocco), the aim of this work was to describe for the first time in detail the endocranial anatomy of these two major clades of Mesozoic marine reptiles to provide insights about their sensory abilities, and thus to understand their cohabitation, interactions and niche partitioning. The endocranial anatomy of related extant squamates, mainly snakes but also varanids and amphisbaenians, also almost unknown until now, has been performed for the first time and used for comparative purpose to analyze the form-function relationships associated to endocasts. The analysis of the endocranial variability in extant squamates pointed out that endocasts reflect both phylogenetic and ecological signals, and that the relative size of each endocranial structure can be used to reveal differences in vision and olfaction according to taxa. Among fossil taxa, computed tomography was used to reconstruct in detail the cranial morphology of three unpublished specimens of Plesiosauria. These specimens have been examined and described, two have been referred to the elasmosaurid Libonectes morgani and the third one is an indeterminate polycotylid. The 3D morphology of the endocast has been reconstructed for these plesiosaurian specimens and the basal mosasauroid Tethysaurus nopcsai. The results show that the endocranial morphology of Plesiosauria differs from that know in other extinct and extant vertebrates. Based on the relative size of the structures composing their endocasts, both the mosasauroid Tethysaurus and the plesiosaurians seem to rely more on vision than on olfaction to interact with their environment. However, these new endocast data, added to information already available in the literature suggest different modes of locomotion and hunting techniques, which probably allowed them to coexist in Goulmima as quaternary consumers.