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Sea spiders are a class of marine arthropods including more than 1,400 species. Their diversity and evolutionary history are still poorly known. In this thesis, tropical pycnogonids were studied using four approaches: (i) nine fossils from Solnhofen (Upper Jurassic) were examined using a new photographic technic improving visualization of body parts; (ii) for phylogeny, CO1 and 18S genes were analyzed for 107 taxa; (iii) 103 new mitochondrial genomes were assembled after Illumina shotgun sequencing; and (iv) 803 sea spiders collected during the Madibenthos expedition (2016) in Martinique were examined for integrative taxonomy using 172 CO1 sequences.All fossils from Sonhofen are shown to share strong affinities with the modern fauna, as they were identified as belonging to Pantopoda. Two new species are described. Together with fossils from La Voulte-sur-Rhône, these results suggest that Pantopoda were already diversified in shallow and deep Jurassic waters, indicating that an important faunal transition occurred between Palaeozoic and Mesozoic. The mitochondrial genome of sea spiders shows many different gene orders and most of the gene rearrangements involve tRNA genes. Some are correlated with changes in base composition bias, which can be misleading for phylogenetic reconstruction. Despite these problems, all families but Ascorhynchidae, Callipallenidae and Nymphonidae were found to be monophyletic. Furthermore, our analyses provide evidence for several interfamilial relationships (between Ammotheidae, Pallenopsidae, Endeidae and Phoxichilidiidae; and between Callipallenidae and Nymphonidae), and for many intergeneric and interspecific relationships. While only 20 pycnogonid species were previously known from Martinique, the number of species was multiplied by four after our study, i.e. 73. These results suggest that many species still remain to be discovered in the Caribbean Sea, whereas this region was thought to be well-explored regarding sea spiders., Les pycnogonides sont une classe d’arthropodes marins comptant plus de 1 400 espèces, et dont nous connaissons mal la diversité et l’histoire évolutive. Cette thèse pluridisciplinaire sur les pycnogonides tropicaux s’articule autour de quatre axes de recherche : (i) description de neuf fossiles de Solnhofen (Jurassique supérieur), grâce à une nouvelle technique de visualisation des volumes ; (ii) analyses phylogénétiques des gènes CO1 et 18S à partir de 107 taxons ; (iii) séquençage Illumina par shotgun et assemblage de 103 nouveaux génomes mitochondriaux ; et (iv) taxonomie intégrative des pycnogonides de Martinique reposant sur 803 spécimens collectés lors de l’expédition Madibenthos (2016) et 172 séquences CO1. Tous les fossiles de Solnhofen étudiés sont rattachés aux pantopodes, marquant leur affinité avec la faune moderne. Deux espèces nouvelles sont décrites. Avec les fossiles de La Voulte-sur-Rhône, ils montrent que les pantopodes étaient déjà diversifiés dans des eaux profondes et lagunaires du Jurassique, suggérant une importante transition de faune entre Paléozoïque et Mésozoïque. De nombreux réarrangements du génome mitochondrial, impliquant principalement les gènes des ARNt, sont mis en évidence. Certains sont corrélés à des changements dans le biais de composition en bases qui peuvent impacter la reconstruction phylogénétique. Malgré ces problèmes, nous retrouvons la monophylie de toutes les familles excepté les Ascorhynchidae, Callipallenidae et Nymphonidae, et identifions des regroupements interfamiliaux, d’un côté entre Ammotheidae, Pallenopsidae, Endeidae et Phoxichilidiidae, et de l’autre, entre Callipallenidae et Nymphonidae. Un très grand nombre de relations intergénériques et interspécifiques est également révélé. Alors que 20 espèces étaient auparavant connues sur les côtes de Martinique, cette étude a permis de multiplier par quatre la diversité connue de l’île, soit un total de 73 espèces. Ces résultats suggèrent une diversité encore plus importante à l’échelle des Caraïbes, que l’on pensait pourtant bien explorées.