Le clade des lignophytes comprend d'une part les progymnospermes (Dévonien-Carbonifère) à reproduction par spores, et d'autre part les plantes à graines ou spermatophytes (Dévonien-actuel) qui dominent la majorité des écosystèmes actuels. Dans le cadre de recherches sur l'évolution du port arborescent au Paléozoïque, nous nous sommes intéressés aux premiers arbres apparus dans ce clade. Les plus anciennes lignophytes arborescentes sont les progymnospermes Archaeopteridales qui apparaissent à la fin du Dévonien moyen (385 Ma) et s'éteignent autour de la limite Dévonien-Carbonifère. Après leur disparition, on connait au Carbonifère inférieur (Mississippien) une vingtaine de nouveaux taxons d'Europe et d'Amérique du nord considérés comme arborescents et attribuées aux progymnospermes Protopityales et aux spermatophytes. En raison de l'insuffisance de données, particulièrement sur leur mode de reproduction, les affinités de ces taxons sont incertaines et leur importance a souvent été sous-estimée. <br />Ce travail de thèse documente dans un premier temps des spécimens anatomiquement conservés d'âge Mississippien provenant de la Montagne Noire (France), du Sahara central (Algérie) et de quatre bassins de l'état du Queensland (Australie). Ces spécimens, dont certains représentent de nouveaux taxons, illustrent la diversité taxonomique des lignophytes arborescentes qui succèdent aux Archaeopteridales. Ils documentent pour la première fois avec certitude leur présence en Gondwana, et ce dès le Mississippien inférieur. Plus généralement, ces résultats plaident en faveur d'une transition progressive entre les Archaeopteridales du Dévonien et les nouvelles formes arborescentes du Mississippien. <br />Dans un second temps nous comparons la disparité morpho-anatomique des lignophytes arborescentes et non-arborescentes du Dévonien et du Mississippien. Les résultats mettent notamment en évidence une diversification importante de l'appareil végétatif chez les formes arborescentes du Mississippien ; ceci concerne en particulier l'anatomie du système vasculaire primaire et secondaire et le mode d'émission des organes latéraux. Enfin, une analyse phylogénétique basée sur un jeu de caractères essentiellement végétatifs a permis de tester les affinités de taxons mississippiens dont le mode de reproduction est inconnu. Les formes arborescentes attribuées a priori aux spermatophytes, se placent effectivement dans ce clade. Elles forment un groupe para- ou polyphylétique et présentent des affinités avec des spermatophytes non-arborescentes et avec les Cordaitales.