Le CO2 est un gaz à effet de serre reconnu comme un forçage important du climat à l’échelle des temps géologiques. Sa variation au cours du Phanérozoïque détermine les périodes froides dites "icehouse" et chaudes dites "greenhouse". Au cours de ces grandes tendances climatiques ont eu lieu des perturbations courtes à l’échelle du Phanérozoïque au cours desquelles le cycle du carbone et donc la concentration en CO2 dans l’atmosphère ont été perturbés. A l’aide d’un modèle numérique du cycle du carbone construit au cours de la thèse et basé sur une version déjà existante et publié par Grard et al. (2005). Les simulations effectuées ont permis de tester différents processus. Au cours du Miocène Moyen, nous mettons en avant la possibilité d’une intensification du stockage de carbone d’origine continentale en déposant 1,5.10*18 moles de carbone en 3 millions d’années. Cette intensification est l’hypothèse la plus plausible pour permettre d’expliquer l’excursion isotopique du ?*13C observée à cette période. Les travaux sur l’Ordovicien terminal ont permis de proposer une nouvelle théorie quant à la mise en place de la glaciation hirnantienne. Cette hypothèse est la mise en place d’un trapp basaltique. Finalement, les travaux concernant le Dévonien terminal ont permis de vérifier l’hypothèse selon laquelle une orogenèse, processus géodynamique s’étalant sur plusieurs dizaines de millions d’années, peut entraîner une perturbation transitoire du cycle du carbone, de quelques millions d’années, associée à la phase de surrection initiale. Nous montrons ainsi que l’orogenèse Eovarisque peut être la cause principale des événements Kellwasser au niveau de la limite Frasnien-Famennien. / Carbon dioxide is a greenhouse gas known to be a primary driver of the Earth climate at a geological time scale. Its variation during the Phanerozoic determines icehouse and greenhouse periods. Brief perturbations, marked by carbon cycle and consequently atmospheric carbon dioxide concentration changes, occur during the Phanerozoic. During the PhD a numerical carbon cycle box model has been updated based on a previous version published by Grard et al. (2005). The modelisations realized during the PhD alowed to test different processes leading to a carbon cycle destabilization over several million of years. During the middle Miocene, we propose an intensification of the burial of continental organic carbon by burying 1.5x10*18 mol C in 3 millions of years. This process constitutes the more acceptable scenario that could explain the positive ?*13C excursion of the middle Miocene. Modeling on the Late Ordovician has led to the suggestion of a new hypothesis explaining the Hirnantian cooling : the installation of a continental basaltic province. Finally, the modeling on the Late Devonian has tested the hypothesis that a long-term (more than 10 Myr) geodynamical process such as a major orogeny could lead to a short-term (less than 2 Myr) carbon cycle perturbation associated to the initial mountain uplift. We show that the Eovariscan orogeny can be at the origin of the two Kellwasser events at the Frasnian-Famennian boundary.