Despite its inhospitable conditions, the Southern Ocean is characterized by a surprisingly high biodiversity. Its long-term geographic and thermal isolation produced a diverse and partly endemic benthic fauna. The deep sea also represents an extreme environment where benthic fauna appeared to be much more diverse than suspected. Evolutionary links exist between the Antarctic fauna and that of the world’s deep seas, implying colonisation events between both environments. Unique environmental characteristics generated some assumptions on faunal distributions: circumpolar, eurybathic Antarctic species and cosmopolitan, eurybathic species in the deep sea. Using lysianassoid amphipods as a model group, the aims of this thesis were to investigate, by means of molecular tools, (i) the origin of the biodiversity in the Southern Ocean, (ii) the evolutionary relationships between the faunas of the Southern Ocean and the deep sea and (iii) species richness and distributions in both environments. Phylogenetic analyses revealed incongruence between molecular phylogenies and morphology-based classification and gave an indication of colonisations between the Southern Ocean and the Atlantic deep sea. With DNA barcoding and phylogeographic methods, formerly accepted paradigms of circumpolarity, eurybathy and cosmopolitism were tested. In Antarctic lysianassoids, cryptic species as well as truly circum-Antarctic and eurybathic species were revealed. In the deep sea, we found a cosmopolitan, eurybathic species to be composed of several vertically stratified species-level lineages, of which some were geographically widespread whilst others were only recovered from a single ocean basin. Antarctic and deep-sea species richness appeared to be clearly underestimated for this group. Considering anthropogenic impacts on these pristine environments, these findings are important for determining conservation protocols. ; L’océan Austral est, malgré ses conditions extrêmes, caractérisé par une faune benthique particulièrement diversifiée et endémique, ayant pu évoluer pendant des millions d’années dans des conditions d’isolement thermique et géographique. Dans les fonds océaniques à grande profondeur, on trouve également, malgré les conditions hostiles, une biodiversité surprenante. La faune de l’Antarctique et celle des abysses semblent étroitement liées et leurs histoires évolutives sont définies par des événements de colonisation d’un environnement à l’autre. Les caractéristiques uniques de l’Antarctique et l'océan profond ont mené à différentes hypothèses sur les distributions faunistiques du benthos: des espèces à distribution circum-antarctique et eurybathique dans l’océan Austral et celles à distribution cosmopolite et eurybathique dans les abysses. Les buts de cette thèse étaient de (i) clarifier l’origine de la biodiversité dans l’océan Austral, (ii) étudier les relations évolutives entre la faune de l’Antarctique et celle de l'océan profond environnant (iii) examiner les richesses spécifiques et distributions faunistiques dans ces deux environnements. Pour ce faire, on a utilisé différentes méthodes moléculaires et les amphipodes lysianassoides comme modèle d’étude. Les analyses phylogénétiques ont montré une incohérence entre les phylogénies moléculaires et la classification basée sur la morphologie et ont donné des indications sur les colonisations entre l’Antarctique et l'océan profond. A l’aide de la méthode du « code-barres génétique » et des analyses phylogéographiques, les hypothèses des distributions circumpolaires, eurybathiques et cosmopolites ont été testées. Pour les lysianassoides antarctiques, ces analyses ont révélé plusieurs espèces cryptiques à distribution restreinte ou plus étendue et confirmé la distribution circum-antarctique et eurybathique d’autres espèces. Dans l'océan profond, nos résultats montrent qu’une espèce supposée cosmopolite et eurybathique est composée de plusieurs lignées distinctes, stratifiées verticalement et dont certaines n’ont été trouvées que dans un seul bassin abyssal. Ces résultats montrent que la richesse spécifique de ce groupe est fortement sous-estimée tant dans l’océan Austral que dans les abysses. Dans le contexte des effets anthropiques sur ces environnements vulnérables, ces résultats peuvent s’avérer utiles pour le développement des mesures de conservation. ; (BIOL 3) -- UCL, 2012