L'étalement urbain modifie l'occupation des sols et la physionomie des campagnes, menace l'agriculture périurbaine, et entraîne des conséquences sur le plan environnemental. Il provoque des perturbations des écosystèmes et constitue une menace sérieuse pour la biodiversité. Dans le contexte actuel d'une artificialisation accélérée des terres, l'étude de l'étalement urbain, l'évaluation et l'anticipation de ses impacts présentent un intérêt tant pour les scientifiques que les gestionnaires du territoire. Les objectifs de cette thèse sont de retracer précisément l'évolution de l'urbanisation sur Rennes Métropole, d'évaluer son impact sur la structuration des habitats écologiques, et de modéliser son évolution selon différents scénarios afin d'évaluer leurs conséquences sur l'occupation des sols et sur la biodiversité. Pour cela, une méthode de reconstitution des trajectoires d'occupation et d'utilisation des sols a d'abord été développée à partir de données de télédétection afin de mettre en évidence l'extension urbaine et de l'analyser à différentes échelles, allant du département d'Ille-et-Vilaine depuis vingt ans à de petits sites de quelques km² depuis les années 50. Ensuite, les paysages urbains actuels et passés ont été caractérisés à l'aide d'indicateurs relevant de l'écologie du paysage, avant de mettre ces derniers en relation avec des données biologiques. Enfin, les changements d'occupation du sol ont été modélisés selon différents scénarios avec un modèle intégrant un automate cellulaire, afin d'évaluer les impacts des scénarios sur les changements d'usage des sols et des paysages et sur la biodiversité. L'analyse des changements d'occupation du sol observés par télédétection illustre une nette progression du tissu urbain aux trois échelles étudiées, une régression des forêts et espaces verts à l'extérieur de la tache urbaine contre une augmentation à l'intérieur de cette tache, une fragmentation progressive des surfaces artificialisées et des espaces verts, une faible connectivité des espaces verts entre la ville et la périphérie. La mise en relation des données paysagères avec les données biologiques montre qu'au niveau des végétaux, l'urbanisation affecte le nombre d'espèces qui diminue sensiblement en allant du périurbain vers l'urbain. Au niveau des animaux, les résultats montrent que l'urbanisation affecte différemment les taxons en fonction de leur capacité de dispersion. L'analyse de l'occupation des sols projetée à un horizon 2020 selon différents scénarios montre que l'évolution 2005-2020 est très marquée, mais que les différences d'occupation des sols entre les scénarios et donc leurs impacts sur la biodiversité sont à peine perceptibles d'un scénario à l'autre. Ceci peut s'expliquer par le fait que l'évolution des surfaces urbanisées à Rennes Métropole est très contrainte par les différents documents de planification déjà existants, mais sans doute aussi par le modèle et la précision des données qu'il utilise. Mots-clés : Etalement urbain, Occupation des sols, Télédétection, Méthode Orientée-objet, Indices paysagers, Biodiversité, Modélisation, Automate cellulaire, Scénarios.