Cette thèse se place dans le cadre de l'analyse des forces évolutives qui génèrent les polymorphismes et les divergences entre les génomes d'une même espèce. Le cadre théorique utilisé dans la majorité des domaines de l'évolution moléculaire est la théorie neutraliste, proposée par Motoo Kimura en 1968. Ce modèle est caractérisé par les hypothèses de neutralité, de taille constante de la population étudiée, et de panmixie. Dans un premier temps nous avons cherché à comprendre comment ce cadre théorique est utilisé en pratique et quelles peuvent être les conséquences de ces hypothèses sur les inférences et les prédictions faites dans ce cadre théorique. Pour cela nous avons mené deux études confrontant des données à des méthodes existantes d'inférence démographique. Une première étude a montré que les méthodes utilisées fréquemment pour l'inférence démographique microbienne, basées sur la reconstruction d'un arbre phylogénétique unique, sont biaisées par la sélection, la recombinaison et les biais d'échantillonnage. Nous avons ensuite comparé plusieurs méthodes d'inférence démographique en les appliquant à une population humaine africaine, les Yoruba. Cette étude a montré les limites d'une méthode existante, et elle illustre le problème d'identifiabilité des histoires démographiques lorsque l'inférence est basée sur le spectre de fréquence. Enfin, dans un troisième temps nous avons analysé plusieurs jeux de données de polymorphisme génétique avec un modèle de référence alternatif à coalescences multiples avec démographie. Nous avons comparé comment le modèle de référence actuel et ce modèle alternatif pouvaient expliquer les données observées de diversité génétique. / The general setting of this thesis is the analysis of evolutionary forces that generate polymorphisms and divergence between genomes within a species. The theoretical framework used in the majority of disciplines of molecular evolution is the neutral theory, formulated by Motoo Kimura in 1968. This model is characterized by the hypotheses of neutrality, constant population size and panmixia. First, we investigated how this theoretical framework is used in practice and what are the consequences of these hypotheses on the inferences and predictions made in this framework. To this end, we carried out two studies confronting existing demographic inference methods with data. A first study demonstrated that methods frequently used for bacterial demographic inference, based on a single reconstructed phylogenetic tree, are biased by selection, recombination and sampling bias. We then compared several demographic inference methods, by applying them to an African human population, the Yoruba. This study showed the limits of an existing method, and illustrates the issue of identifiability of demographic histories, when the inference is based on the site frequency spectrum. Finally, in a third study we analyzed several genetic polymorphism datasets with an alternative reference model comprising multiple mergers and demography. We compared how the current reference model and this alternative model can explain the observed genetic diversity.