L'évolution est-elle prédictible? Alors que la réponse habituelle est un non presque unanime, un corpus croissant de connaissances suggère qu'il est temps de revoir cette réponse. Même si les mutations sont toujours considérées comme aléatoires, la détection de patterns génétiques sous-jacents aux événements évolutifs ouvre la porte sur des stratégies potentielles permettant de prévoir les trajectoires évolutives suivies par les organismes lorsqu'ils s'adaptent à des contraintes changeantes. Quand les organismes subissent une spécialisation fonctionnelle (à travers la perte de gènes et de fonctions) pour s'adapter à des signaux environnementaux donnés, les trajectoires évolutives possibles qu'ils peuvent emprunter sont restreintes et devraient donc être plus facilement prévisibles. Dans ce contexte d'évolution réductive par spécialisation, les objectifs de cette thèse sont de mieux comprendre l'interaction entre contraintes environnementales, métabolisme, évolution génétique et adaptations fonctionnelles, et dans un deuxième temps de prédire, pour des contraintes données, les trajectoires évolutives qui seront suivies par les organismes pour s'adapter à ces contraintes. Une première approche met l'accent sur l'importance des interactions biotiques en tant que déterminants des trajectoires évolutives, et comment, en modélisant une hausse bénéfique de dépendance envers un bien commun, il est possible de prédire la dynamique d'une population subissant de tels évènements évolutifs. Une deuxième approche étudie comment les changements observés au niveau métabolique et fonctionnel et engendrés par des modifications de contraintes environnementales pourraient être prévus et testés. Sur la base d'une vision centrée sur le métabolisme, des travaux de modélisation et des travaux d’expérimentions ont été combinés pour étudier l'évolution de la spécialisation aux niveaux génétiques, métaboliques et fonctionnels. Nous montrons que les trajectoires évolutives suivies peuvent-être partiellement prédites en fonction de conditions environnementales spécifiques, mais que ces prédictions sont limitées en raison de la complexité du réseau de l'expression génétique. Ce travail exploratoire et interdisciplinaire augmente les connaissances sur les déterminants évolutifs et les trajectoires suivies par l'organisme au cours d’un phénomène de spécialisation. Il démontre également un grand potentiel de prédiction, notamment grâce à une perception métabolique des systèmes.