Les interactions avec les pollinisateurs font partie de la niche écologique des orchidées et ont joué un rôle dans leur diversification taxonomique et florale. Au cours de cette thèse, j’ai d’abord analysé l’architecture du réseau orchidées-pollinisateurs en région Euro-Méditerranéenne et montré que la similarité de niches de pollinisation entre orchidées était fonction de leur distribution spatio-temporelle, suggérant un certain opportunisme dans les interactions orchidées-pollinisateurs. Je me suis ensuite intéressée au rôle des pollinisateurs dans l'évolution des traits floraux dans deux groupes d’orchidées. J’ai d’abord montré une différentiation dans les traits floraux des trois taxa du groupe Anacamptis coriophora, probablement causée et maintenue par un processus de sélection divergente. En cartographiant les interactions avec les pollinisateurs et les odeurs florales sur la phylogénie de la section Pseudophrys, j’ai ensuite montré que l'évolution de l'odeur florale était conditionnée par une sélection exercée par les pollinisateurs et par des contraintes phylogénétiques. Enfin, j’ai mis au point une démarche de taxonomie intégrative basée sur des données moléculaires, morphométriques et chimiques dans le genre Ophrys. Avec cette démarche, j’ai confirmé le rang taxonomique des trois espèces du groupe O. insectifera et proposé de fusionner deux paires d’espèces parmi les Pseudophrys. Une meilleure compréhension des facteurs qui façonnent la niche de pollinisation et du rôle des pollinisateurs dans l'évolution des traits floraux et la spéciation chez les orchidées Euro-Méditerranéennes devrait nous permettre d’améliorer la conservation de ces espèces emblématiques. / Interactions with pollinators are part of orchids’ ecological niches and have played a role in their taxonomic and floral diversification. During this thesis, I have analysed the architecture of the orchid-pollinator network in the Euro-Mediterranean region and shown that similarity in pollination niches between orchids primarily depends on their spatio-temporal distribution, suggesting that orchid-pollinator interactions are more opportunistic than previously thought. Then, I have been interested in the role of pollinators in floral trait evolution in two orchid groups. I have shown a differentiation in floral traits of the three taxa of the Anacamptis coriophora group, probably caused and maintained by a process of divergent selection. Then, by mapping interactions with pollinators and floral odours on the phylogeny of the section Pseudophrys, I have shown that floral odour evolution is conditioned by pollinator-mediated selection and by phylogenetic constraints. Finally, I have developed an integrative taxonomic approach based on molecular, morphometric and chemical data in the genus Ophrys. With this approach, I have confirmed the taxonomic rank of the three species of the O. insectifera group and proposed to merge two species pairs among Pseudophrys. A better understanding of the factors that have shaped pollination niches and of the role of pollinators in floral trait evolution and speciation in Euro-Mediterranean orchids should allow us to improve the conservation of these emblematic species.

L'évolution est le produit de deux grands facteurs: l'environnement et le développement. Il est donc important de déterminer l'impact de ces deux forces lorsque l'on s'intéresse à l'évolution morphologique d'un organe. Pour cela, il est utile d'étudier l'évolution en temps profond, seul moyen d'observer les mécanismes en action sur de longs intervalles de temps et les réponses à des variations environnementales majeures. Le but de ce travail de thèse est de mieux comprendre l'évolution d'une espèce fossile: le conodonte. Ce vertébré marin dépourvus de mâchoire possède un appareil buccal composé de structures minéralisées semblables à des dents, appelées éléments conodontes. Leur fort taux d’évolution, leur enregistrement fossile long et sub-continu, et la taille importante de leurs populations font de ces éléments conodontes un modèle de choix pour répondre aux questions évolutives en temps profond. Dans la littérature, peu d'études ont tentées de quantifier la forme de ces éléments, et aucune dans un cadre développemental. Grâce à la découverte de fossiles exceptionnellement préservés, ainsi qu'à l'établissement d'une méthodologie pour quantifier les patrons de variation morphologique et de covariation de ces éléments, plusieurs facettes de l'évolution de la forme chez ces éléments ont pu être étudiées. Nous avons entre autre établis l'existence de covariations entre certains traits morphologiques, illustrant les contraintes faisant pression sur ceux-ci. Certaines contraintes sont considérées comme développementales et d'autres potentiellement mécaniques. Des directions évolutives sont également mises en évidence, contraintes par le développement qui canalise ainsi l'évolution. A l'échelle inter-genre, nous avons démontré un lien entre les changements environnementaux (notamment des variations de température) et ces directions évolutives. Ces résultats démontrent un effet croisé des forces développementales (contraignant les morphologies possible) et les forces environnementales (sélectionnant les morphologies en fonction des changements de conditions) dans l'évolution des éléments conodontes. Nous proposons des évènements d'hétérochronie comme mécanisme sous-jacent à cette évolution, potentiellement contrôlés par la température océanique. La quantification de la forme est également utilisée pour tenter de clarifier la taxonomie des neogondolellides au Trias inférieur. Ces travaux démontrent le potentiel du conodonte en tant qu'organisme modèle pour étudier l'évolution en temps profond. / Evolution is the result of two main factors: the environment and the development. In this context, untangling the impact of these two forces on the morphological evolution of a structure is of major importance. To do so, studying evolution in deep time is useful, as it is the only way to observe the mechanisms in action over a long time interval and the responses to major environmental variations. In this thesis, we aim to better understand the evolution of a fossil species: the conodont. These marine jawless vertebrates possess a feeding apparatus composed of mineralized structures comparable to teeth, called conodont elements. Their high evolutionary rate, their long and sub-continuous fossil record, and their large populations made them a relevant model to conduct evolutionary studies in deep time. In the literature, only a few studies attempt to quantify the shape of conodont elements, and never in a developmental framework. With the discovery of new exceptionally preserved fossils, and the establishment of a methodology to quantify the patterns of morphological variation and covariations in these elements, the morphological evolution of conodont elements have been studied from different angles. We have established the existence of covariations between some morphological characters, illustrating the constraints on possible morphologies. Some constraints are considered developmental, while others are potentially mechanical. Evolutionary directions are highlighted, channelled by developmental constraints. At the inter-genera scale, we demonstrated a relationship between environmental changes (especially temperature variations) and these evolutionary directions. The results revealed a combined effect of the developmental forces (that constrain the initial possible morphologies) and the evolutionary forces (selecting the fittest morphologies depending on conditions) in the conodont elements evolution. We proposed heterochrony as underlying mechanism for these patterns, potentially driven by oceanic temperature. Shape quantification is also used in an attempt to clarify the neogondolellids taxonomy of the early Triassic. This work demonstrates the conodont's potential as model organism to study evolution in deep time.

Le climat primitif martien fascine la recherche martienne. Identifier avec le plus de précision possible les conditions primitives martiennes permettrait de contraindre les différents états de l’eau au cours de l’histoire martienne. Aujourd’hui deux hypothèses font débat, la première est celle d’un climat chaud et humide régnant à la surface de Mars à la fin du Noachien/début Héspérien. La deuxième, à l’inverse, semble indiquer que le climat aurait été froid et englacé sur les plus hautes altitudes martiennes. Néanmoins, cette deuxième hypothèse est souvent contestée, car contrairement à la présence de marqueur d’eau liquide à la surface de Mars, aucune morphologie de surface attestant d’un climat froid n’avait été identifiée. Au cours de cette thèse, nous avons étudié de manière morphométrique les structures et morphologies à la surface de Terra Sabaea, qui constitue 1% de la superficie totale de la planète. Ces structures constituent des héritages morphologiques des activités climatiques passées. Afin de caractériser au mieux l’origine érosive de ces structures, nous avons créé une nouvelle méthode d’analyse morphométrique à partir de différentes méthodes terrestres et martiennes. Cette nouvelle méthode permet d’extraire plus de 20 données exploitables par vallée. Il a donc été question de mesurer un maximum de vallée afin d’établir une base de données que nous avons comparée avec des bases de données de morphologies terrestres et martiennes. Grâce à cette analyse, il a été possible de mettre en évidence, la présence d’un paysage glaciaire dans la région de Terra Sabaea. Ce paysage est composé de (1) vallées glaciaires liées avec (2) des cirques glaciaires. La source de cette glace semble être (3) des calottes de plateaux locales à des altitudes > 3500 m. Nous avons donc démontré pour la première fois la présence de morphologies glaciaires attestant d’un climat froid il y a 3.6 Ga. Néanmoins, la présence de telles morphologies n’indique pas que l’ensemble de Terra Sabaea était englacé. L’analyse morphométrique a démontré la présence de morphologie fluviatile géographiquement proche des morphologies glaciaires et souvent à la même altitude, entre 1500 et 3500 m. Cette observation nous a permis de mettre en évidence (4) que la pente était un facteur qui influençait sur l’état de l’eau. En effet, pour une même altitude, les morphologies fluviatiles sont situées sur les pentes douces (< 3°) alors que les morphologies glaciaires sont situées sur les remparts internes des cratères d’impacts présentant une forte pente (> 10°). Cependant (5) l’altitude semble également être un facteur déterminant puisque l’on ne retrouve pas de morphologie glaciaire à des altitudes < 1500 m. L’analyse des terrains de Terra Sabaea a également mis en évidence (6) qu’il existait un lien génétique entre les morphologies glaciaires de hautes altitudes et les vallées fluviatiles plus bas. En effet, il est possible de suivre une vallée qui prend sa source sur les hauts plateaux englacés en amont, jusqu’en aval où elle rejoint des morphologies témoignant d’une activité fluviatile. Cette continuité dans les morphologies glaciaires et fluviatiles permet (7) de mieux définir l’origine des vallées ramifiées, et notamment l’origine de Naktong vallis, et il semblerait que la fonte des glaces a joué un rôle dans leurs formations. De plus, cette continuité morphologique permet de supposer qu’il existait (8) un cycle de l’eau similaire à la Terre dans la région de Terra Sabaea il y a 3.6 Ga. / The primitive Martian climate fascinates Martian research. Identifying Martian primitive conditions as accurately as possible would make it possible to constrain the different states of water during Martian history. Today two hypotheses are debated, the first is that of a hot and humid climate prevailing on the surface of Mars at the end of the Noachian / early Hesperian. The second, on the contrary, seems to indicate that the climate was cold and glacial on the highest Martian altitudes. Nevertheless, this second hypothesis is often disputed, because unlike the presence of liquid water marker on the surface of Mars, no surface morphology attesting to a cold climate had been identified. In this thesis, we studied morphometrically structures and morphologies on the surface of Terra Sabaea, which constitutes 1% of the total surface of the planet. These structures constitute morphological legacies of past climatic activities. In order to better characterize the erosive origin of these structures, we have created a new method of morphometric analysis from different terrestrial and Martian methods. This new method makes it possible to extract more than 20 exploitable data per valley. It was therefore a question of measuring a valley maximum in order to establish a database that we compared with databases of terrestrial and Martian morphologies. Thanks to this analysis, it has been possible to highlight the presence of an ice landscape in the Terra Sabaea region. This landscape is composed of (1) glacial valleys linked or not with (2) glacial cirques. The source of this ice appears to be (3) local plateau caps at altitudes> 3500 m. We thus demonstrated for the first time the presence of glacial morphologies attesting to a cold climate there are 3.6 Ga. Nevertheless, the presence of such morphologies does not indicate that the whole of Terra Sabaea was glaciated. Morphometric analysis has demonstrated the presence of fluvial morphology geographically close to glacial morphologies and often at the same altitude, between 1500 and 3500 m. This observation allowed us to highlight (4) that the slope was a factor influencing the state of the water. Indeed, for the same altitude, fluvial morphologies are located on gentle slopes (<3 °) while glacial morphologies are located on the inner walls of impact craters with a steep slope (> 10 °). However (5) altitude also seems to be a determining factor since we do not find glacial morphology at altitudes <1500 m. Terra Sabaea land analysis also revealed (6) that there is a genetic link between high altitude glacial morphologies and lower river valleys. Indeed, it is possible to follow a valley that has its source on the highlands glaciers upstream, downstream where it joins morphologies testifying to a fluviatile activity. This continuity in glacial and fluvial morphologies makes it possible (7) to better define the origin of branched valleys, and in particular the origin of Naktong vallis, and it seems that melting ice has played a role in their formations. Moreover, this morphological continuity makes it possible to suppose that there existed (8) a cycle of water similar to the Earth in the region of Terra Sabaea there is 3.6 Ga.

L’étude des faunes du Quaternaire s’inscrit dans une dynamique de connaissance des paléoenvironnements et est de ce fait nécessaire pour mieux cerner les contraintes environnementales qui ont rythmé la dispersion des hominidés sur l’ensemble des continents. Le genre Canis, autour duquel nous avons axé ce travail de recherche, présente la particularité d’être resté constamment présent en Europe occidentale depuis son apparition, il y a plus de trois millions d’années, jusqu’à aujourd’hui. Cette constance fait de lui, malgré son caractère ubiquiste, un excellent témoin de l’évolution des paléoenvironnements.A travers l’analyse de la variabilité des populations actuelles et l’étude de dix séries fossiles du Sud de la France couvrant le Pléistocène, de nouveaux éléments de discussion sont avancés sur l’évolution des représentants du genre. Nos résultats, couplés à l’analyse critique des données bibliographiques nous ont dès lors permis de proposer une nouvelle phylogénie. Cette dernière permet non seulement de mieux cerner les phases d’apparition et de dispersion des différentes espèces du genre Canis, mais également de démontrer son potentiel biochronologique. Ainsi, trois grandes phases dans l’évolution du genre ont pu être mises en évidence. La transition de ces espèces est corrélée à de grands événements de l’histoire des faunes quaternaires (bioevent) et autorise de ce fait l’utilisation de cette phylogénie à des fins biochronologiques ainsi qu’une discussion autour des relations entre ces espèces et les paléocommunautés animales et humaines. / Quaternary mammals form an important part of the material available for researchers focusing on paleoenvironmental reconstructions. Their study is thus often used to infer the environmental constraints that set the pace of human dispersal through the world. The genus Canis, main subject of this thesis, is present in Western Europe since its origin three million years ago. This continuous presence makes it a good candidate as a paleoenvironmental proxy, even when considering its ecological plasticity.The study of ten fossil sequences from Southern France spanning the Pleistocene, coupled with the analysis of the variability of modern populations, bring new insights on the evolution of the members of this lineage. Our results, once confronted to previous studies, allowed us to propose a new phylogeny. This new framework permits a better understanding of the apparition and disappearance of the different species, but also demonstrates the biochronological potential of the Canis genus. Three major phases have been identified in its evolutionary history. The transition between the different Canids is correlated with major events in the history of quaternary mammals (bioevent). Thus, its phylogeny can be used for biochronological purposes and has to be considered in the bigger debates that focus on the interactions between animal communities and human groups.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Comprendre quels mécanismes contrôlent la variabilité phénotypique et comment ces mécanismes influencent et contraignent la divergence interspécifique est un objectif important en biologie de l'Evolution. Dans cette thèse, nous avons essayé d'étudier comment l'histoire phylogénétique, la génétique, l'environnement, et le développement influencent l'évolution d'une structure morphologique complexe, en utilisant la mandibule de la souris domestique comme modèle.Afin d'étudier les processus qui contrôlent la variation phénotypique, des analyses de génétique quantitative ont été réalisées sur un pedigree obtenu à partir des individus sauvages d'une population de la souris domestique. Les descendants ont été divisés en deux, l'un suit un régime alimentaire dur et l'autre un régime alimentaire mou, pour que l'effet de la plasticité phénotypique puisse être considérée. On montre que le développement et les contraintes épigénétiques pourraient changer l'architecture génétique des traits morphologiques dans une population. En outre, les résultats suggèrent que la plasticité phénotypique pourrait être adaptative dans certaines conditions environnementales, mais pas dans d'autres.Ensuite, on a utilisé la mandibule de la souris domestique pour étudier les patrons de l'évolution morphologique des populations de cette espèce dans un contexte phylogéographique. Les résultats suggèrent que la divergence morphologique chez la souris domestique a suivi la différenciation génétique. On a aussi trouvé que la variation morphologique a augmenté au cours de l'expansion des sous-espèces sans qu'une convergence significative n'accompagne l'évolution vers le commensalisme avec l'homme. Finalement on a déterminé si l'hypothèse d'évolution de la mandibule sous l'effet de la dérive génétique peut expliquer la diversification morphologique au cours de la divergence et d'expansion de la souris domestique. Les résultats rejettent cette hypothèse et plaident en faveur d'autres forces évolutives telles que la sélection.Nos résultats, dans leur ensemble, montre une origine multifactorielle de la variation et permettent de mieux comprendre la diversification morphologique des populations et des sous-espèces de la souris domestique. / A major goal of evolutionary biology is to understand which mechanisms monitor phenotypic variation and how this variation can generate species diversity. In this thesis we tried to investigate how phylogenetic, genetic, environmental, and development influence the evolution of a complex morphological structure using house mouse mandible as a model.In order to study the processes monitoring phenotypic variation, quantitative genetic analyses were performed on a pedigree of wild captured specimens of house mouse. The progenies were divided into two groups followed two different diets (soft and hard), so that the effect of phenotypic plasticity can be regarded. We show that developmental and epigenetic factors could influence the genetic architecture of morphological traits in a population. Moreover, the results suggest that phenotypic plasticity might be adaptive in some environmental conditions but not in the others.We then used the house mouse mandible in order to study the patterns of morphologic evolution of the populations of this species in a phylogeographic context. Our results show that morphological divergence in the house mouse was followed the genetic differentiation. We also found that morphological variation was increased during the expansion of house mouse subspecies without a significant convergence due to commensalism with human. Finally, we investigated whether the hypothesis of genetic drift could explain the morphological diversification during the divergence and expansion of the house mouse. The results reject this hypothesis and argue for the interfering of other evolutionary forces like selection.Our results, all in all, show a multifactorial origin for phenotypic variation and permit us to better understand the morphological divergence of the population of the subspecies of house mouse.

La dynamique de la thermocline Equatoriale Pacifique est en grande partie modulée par des phénomènes climatiques majeurs tels que l'ENSO ou la mousson indo asiatique. Nous utilisons des fossiles de deux morphotypes de l'espèce de foraminifères planctoniques Globigerinoides ruber comme traceurs de la stratification à la bordure Sud du Pacifique Ouest Equatorial, afin de retracer la dynamique climatique de cette région durant les derniers 800 000 ans. Nos résultats mettent en évidence un battement de la thermocline Pacifique en réponse aux variations Glaciaire /Interglaciaire, en relation avec les hautes latitudes. Lors des périodes glaciaires, la gyre subtropicale Sud renforcée permet le transport d'eaux froides venues de l'Antarctique vers le Pacifique Ouest. Ce mécanisme s'est progressivement intensifié depuis 800 000 ans en réponse à l'augmentation de l'amplitude de l'obliquité de l'orbite terrestre. L'étude morphologique des deux morphotypes de Globigerinoides ruber en réponse aux changements climatiques des derniers 800 000 ans, montre que la forme des tests est influencée par les changements environnementaux à l'échelle Glaciaire/Interglaciaire. Ces résultats suggèrent également que ces deux populations ont des exigences écologiques distinctes, permettant de les utiliser comme proxy de la stratification. La calibration mono-morphotypique pour les paléotempératures issues du Mg/Ca a également montré qu'il ne semble pas y avoir de différence de thermodépendance du Magnésium entre ces deux populations. / The Equatorial West Pacific thermocline dynamic is strongly modulated by climatic phenomenon as the ENSO and the Indo Asiatic monsoon. Here we use fossils of two morphotypes of the same planktonic foraminifera species, Globigerinoides ruber, from the Southern edge of the Western Equatorial Pacific as proxy of paleostratification, in order to track climate changes since the last 800 000 years. Our results show a regular beating of the Equatorial Pacific thermocline in response to Glacial/ Interglacial changes connected to the high latitudes. During glacials, the reinforced South subtropical gyre increases the advection of cold waters from the Antarctic to the West Pacific. This mechanism was progressively intensified by the increasing obliquity amplitude since 800 000 years. The morphometric study of the two morphotypes of Globigerinoides ruber indicates that the test shape responses to environmental changes at Glacial/Interglacial time scale. Furthermore these results suggest that those two populations have distinct environmental requirements, allowing to uses them as proxy of stratification. The mono-morphotypic calibration for Mg/Ca derived-paleotemperatures indicates that there is no specific thermodependance of magnesium between the two morphotypes.

Cette thèse traite de l’évolution, de l’adaptation et de la spéciation en milieu souterrain, en utilisant le genre Anthroherpon comme modèle. Ce genre appartient à la tribu des Leptodirini (Leiodidae Cholevinae), un groupe qui a connu une remarquable diversification dans le domaine souterrain. Toutes ses espèces ont développé des modifications troglomorphiques spectaculaires: anophthamie, aptérisme, élongation extrême des appendices, de la tête et du pronotum, et physogastrie. Pour comprendre l’histoire évolutive du groupe, ces adaptations troglomorphiques ont été replacées dans un cadre phylogénétique. La thèse est une analyse de la radiation évolutive des Anthroherpon, dans le cadre d’une phylogénie moléculaire datée, qui a permis de mieux comprendre les modalités de diversification du genre, de reconstruire son aire de distribution ancestrale, d’explorer la diversité des évolutions troglomorphiques en son sein et de proposer une nouvelle structure taxonomique du groupe. / The PhD research project focus on the study of evolution, adaptation, and speciation in the subterranean environment using troglobitic Coleoptera of the genus Anthroherpon as a model. Genus Anthroherpon belongs to the tribe Leptodirini (Coleoptera: Leiodidae: Cholevinae), a group that has undergone extensive diversification in the subterranean environment. All species of this genus have developed typical troglomorphic modifications: complete anophthalmy, apterism, extreme elongation of appendages, head, and pronotum, and physogastric elytra. To understand the evolutionary history of this group, the troglomorphic adaptations need to be studied in a phylogenetic framework. The thesis provide a comprehensive evolutionary analysis of the Anthroherpon radiation, using a dated molecular phylogeny as framework for understanding Anthroherpon diversification, reconstructing the ancestral range, and exploring troglomorphic diversity. In light of these findings, a new taxonomical organisation of the group has been proposed.

Il existe chez les espèces du genre Homo une diversité morphologique crânienne et cérébrale importante, et les interactions de ces deux éléments sont complexes. De manière générale, au cours de l’évolution de ce taxon, le neurocrâne prend une importance croissante par rapport au bloc facial en raison d’une expansion cérébrale marquée. Cependant, les modalités de cette expansion sont multiples, et elle se met en place chez les différentes espèces via des modifications morphologiques qui leur sont propres. Mise à part l’augmentation du volume cérébral, l’endocrâne témoigne de réorganisations neuroanatomiques. Ces différents facteurs - volume et organisation – ainsi que les contraintes morpho-fonctionnelles diverses exercées sur la face externe du crâne, sont susceptibles de résulter en une variété de relations morphologiques et spatiales entre le neurocrâne et l’endocrâne. Il est donc pertinent de documenter ces relations afin de pouvoir par la suite mieux appréhender la variabilité et les mécanismes évolutifs à l’oeuvre chez les différents taxons du genre Homo. Nous explorons dans ce travail de thèse les variations jointes du neurocrâne et de l’endocrâne dans le genre Homo et chez Homo sapiens. Cette contribution est basée sur l’analyse de modèles virtuels de crânes et d’endocrânes à l’aide de méthodes géométriques et d’une méthode innovative de déformations de surfaces. Nous avons étudié des données morphologiques issues de populations actuelles afin d’éclaircir la nature des relations entre le neurocrâne et l’endocrâne chez Homo sapiens. Pour cela, nous avons comparé les asymétries des hémisphères de l’endocrâne – qui reflètent celles des hémisphères cérébraux – aux asymétries de la voûte crânienne. Les schémas d’asymétrie bilatérale relevés sont identiques sur le crâne et sur l’endocrâne. Cela s’explique par une morphologie de la voûte du crâne calquée sur celle de l’endocrâne, malgré un effet « tampon » de l’os qui n’enregistre pas sur sa face externe toutes les asymétries cérébrales. Les possibles corrélations entre le degré d’asymétrie et des facteurs tels que la conformation générale du crâne, la robustesse des superstructures osseuses, le sexe et le volume endocrânien ont également été explorées. Nous avons ensuite analysé les schémas de co-variation entre neurocrâne et endocrâne au sein du genre Homo. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des éléments de co-variation qui concernent l’ensemble du genre Homo, et d’autres qui sont spécifiques à certains taxons, notamment aux Néandertaliens ou à Homo sapiens. Ainsi, si la conformation de la voûte crânienne est très semblable à la morphologie endocrânienne, les interactions crâne-endocrâne dans la zone occipitale et cérébelleuse apparaissent plus variables, et semblent inféodées au degré de globularisation de l’ensemble du cerveau et du neurocrâne. Ces résultats mettent en évidence certaines interactions entre réorganisations cérébrales et morphologie crânienne chez les différentes espèces du genre Homo, et soulignent le caractère crucial du croisement des données et des méthodes pour l’interprétation du registre fossile. / Species of the genus Homo display cranial and endocranial morphological variations, with complex interactions between these two elements. Generally speaking, throughout the evolution of this taxon the neurocranium becomes increasingly important by comparison with the facial skeleton, due to a marked cerebral expansion. The modalities of this expansion differ accross species and occur at least partly through species-specific morphological processes. Apart from the increase in cerebral volume, the endocast bears the traces of neuroanatomical reorganisations. These two factors – volume and organisation – as well as various morpho-functional constraints on the external face of the cranium, may result in a variety of morphological and spacial relationships between the neurocranium and the endocranium. It is therefore important to document these relations in order to better apprehend the variability and the evolutionary mechanisms behind the morphologies of the different Homo species.This doctoral thesis explores the joint morphological variations of the neurocranium and endocast in the genus Homo and within Homo sapiens through multiple approaches. We offer a contribution to this topic based on shape analyses of virtual crania and endocasts, using geometric morphometrics and an innovative technique of surface deformations. We analysed morphological data from extant populations in order to clarify the nature of the relationship between the neurocranium and the endocast in Homo sapiens. One of the lines of evidence investigated is the correspondence between neurocranial and endocranial (and therefore cerebral) gross asymmetries. Our results show that the patterns of bilateral asymmetries of the neurocranium are identical to those of the endocranium. There is a close correspondance between the morphologies of the endocranial and cranial vaults, despite the neurocranium not displaying the full extent of cerebral asymmetries on its external vault. Correlations between asymmetry and factors including sex, endocranial volume and importance of the bony superstructures were also tested. Co-variation patterns between neurocranial and endocranial morphologies in the genus Homo were analysed. Our results highlight elements of co-variation between the neuro and endocranium which are shared accross the genus Homo, and others which are species-specific. While the cranial vault closely follows endocranial morphology, interaction patterns between the endo and neurocranium in the occipito-cerebellar area appear more variable and linked to the overall degree of globularisation of the brain and neurocranium. These results highlight some of the interactions between cerebral reorganisations and cranial morphology in Homo species, and underline the importance of crossing data and methods in order to interpret the fossil record.

Nous proposons un cadre statistique pour analyser les anomalies morphologiques et organisationnelles altérant l'anatomie des circuits neuronaux chez les patients atteints du syndrome de Gilles de la Tourette. Les composants de chaque circuit (matière grise et blanche) sont représentés comme des maillages 3D et intégrés dans un seul complexe. Cela permet d'étudier leur organisation et surtout la connectivité structurelle. La méthode proposée est basée sur une approche statistique appelée construction d'atlas qui résulte en un template, capturant les invariants de la population, et en déformations template-vers-sujets, décrivant la variabilité morphologique. Premièrement, nous intégrons la construction d'atlas dans un cadre bayésien qui permet d'estimer automatiquement des paramètres autrement fixés. Deuxièmement, nous réduisons les ressources de calcul nécessaires au traitement de faisceaux de fibres en définissant un schéma d'approximation basée sur un nouveau modèle appelé courants pondérés. Troisièmement, nous décrivons un nouveau modèle de déformation pour la construction d'atlas qui permet de capturer les variations morphologiques et organisationnelles. On montre l'efficacité de la méthode par comparaison de deux groupes de 44 patients et 22 témoins. Les résultats soulignent des anomalies sur la forme des structures de la matière grise et sur la connectivité structurelle. / We propose a statistical framework to analyse morphological and organisational anomalies altering the anatomy of neural circuits in patients with Gilles de la Tourette syndrome. The components of each circuit, from both white and grey matter, are represented as 3D meshes and integrated in a single shape complex. This allows to study their organisation and in particular the structural connectivity. The proposed methodology is based on a statistical approach called atlas construction which results in a template complex, capturing the invariants of the population and in template-to-subject deformations, describing the morphological variability. First, we embed the atlas construction in a Bayesian framework which allows to automatically estimate important parameters otherwise fixed by the user. Second, we reduce the important computational resources required to process fiber bundles by defining an approximation scheme based on a new computational model called weighted currents. Third, we describe a new deformation scheme for the atlas construction which permits to model variations in structural connectivity and at the same time to capture global anatomical changes. We show the effectiveness of the proposed method by comparing two groups of 44 patients and 22 controls respectively. Results highlight anomalies about both the shape of grey matter structures and structural connectivity.