In this study, climate and vegetation interactions are examined for several periods of the geological past with (1) a dynamic global vegetation model CARAIB, and (2) an Earth system model of intermediate complexity Planet Simulator. Both models interact through an equilibrium asynchronous coupling procedure, which consists of a series of iterations of climate and vegetation equilibrium simulations. The climate and vegetation models, as well as the coupling technique developed here and some basic results are rst presented. The models are then applied to study three periods that have experienced large scale climate and vegetation changes: the Last Glacial Maximum, the Middle Pliocene and the Middle Miocene. First, the implications of changing land surface properties on the climate at the Last Glacial Maximum (LGM) are studied. A series of sensitivity experiments is carried out to evaluate the contribution of vegetation change relative to the contributions of the ice sheet expansion and elevation, and the lowering of the atmospheric CO2 on the Last Glacial Maximum climate. We find that the vegetation cover change at the LGM leads to signicant global cooling, together with a decrease in precipitation. The change in the vegetation cover also reinforces the cooling due to other surface cover changes, such as the ice-cover, when applied together with them. Secondly, the climate and vegetation models are used to investigate the Middle Pliocene and Middle Miocene climates and vegetations. Both periods are characterised by a warmer and wetter than present-day climate, and as a consequence, by a reduction of desert areas and an expansion and densification of forests especially at high latitudes. Our results show that the vegetation feedback on climate may have contributed to maintain and even to intensify the warm and humid conditions produced by the other climatic factors at the Middle Pliocene and Middle Miocene. Thus, considering the climate and vegetation interactions could help to reconcile model results with proxy-based reconstructions. This also suggests that vegetation-climate interactions could provide a complementary, if not an alternative mechanism,to the large increase of CO2 required by the models to produce the estimated warming at both periods. The results presented in this study highlight the contribution of the biosphere in past climate changes, and therefore emphasise the study of climate and vegetation interactions to better understand past, present and future climate changes. Furthermore, our results also illustrate that considering the vegetation feedback on climate helps to improve the comparison of climate modelling results to proxy-based reconstructions for the studied periods. Ce travail a pour objet l'étude des interactions entre la végétation et le climat au cours de plusieurs périodes du passé géologique de la Terre, à l'aide (1) du modèle dynamique global de végétation CARAIB, et (2) du modèle climatique de complexité intermédiaire Planet Simulator. Les modèles de végé- tation et de climat interagissent via une procédure de couplage asynchrone à l'équilibre. Dans ce travail, les modèles ont été appliqués à l'étude de trois périodes passées, caractérisées par un changement du climat et de la couverture de végétation à grande échelle : le Dernier Maximum Glaciaire, le Pliocène Moyen et le Miocène Moyen. Dans un premier temps, nous avons étudié l'impact de changements des propriétés de surface continentale sur le climat du dernier maximum glaciaire. Un ensemble de tests de sensibilité a été réalisés à l'aide du modèle climatique afin d'évaluer les contributions relatives de changements dans la couverture de végétation, d'une expansion des calottes de glace et d'une augmentation de leur élévation, et d'une diminution de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence l'impact non-négligeable du changement de végétation sur le climat. Ce dernier changement provoque en effet une diminution des températures, accompagnée d'une réduction des précipitations en moyenne globale. De plus, le changement de végétation renforce les refroidissements obtenus, lorsqu'il est combiné aux autres modifications de la couverture de surface. D'autre part, nous avons modélisé les climats et distributions de végétation du Pliocène Moyen et du Miocène Moyen. Les résultats obtenus témoignent d'un climat plus chaud et plus humide que le climat actuel au cours de ces deux périodes, et par conséquent, d'une réduction des écosystèmes désertiques au profit d'une expansion et densification des écosystèmes forestiers, particulièrement aux hautes latitudes. Ces résultats sont en bon accord avec les résultats de précédentes études de modélisation, ainsi qu'avec les observations. Nos résultats montrent également que la rétroaction de la végétation, en réponse au changement climatique, peut avoir contribué à maintenir, et même à intensier, les conditions chaudes et humides au Pliocène Moyen et au Miocène Moyen produites par les autres facteurs climatiques. Cela suggère également que les interactions végétation-climat pourraient constituer un mécanisme complémentaire, si pas alternatif, à l'importante augmentation de la concentration de CO2 atmosphérique requise par les modèles pour produire les réchauffements estimés aux périodes considérées, et dès lors réconcilier les résultats de modélisation et les estimations basées sur les données, notamment pour Miocène Moyen. Cette étude souligne donc l'importance du rôle joué par la biosphère dans les changements climatiques passés, ainsi que la nécessité de la prise en compte des interactions végétation-climat lors de la simulation de climats passés à l'aide de modèles climatiques et de végétation. De plus, les résultats obtenus montrent, du moins pour les périodes étudiées ici, que la prise en compte des rétroactions de la végétation sur le climat aident à améliorer la comparaison des résultats de modélisation aux reconstructions basées sur des données.