La période fini-paléozoïque est l'époque de grands changements géodynamiques, matérialisés par la fin de l'accrétion de la Pangée et le début de son démantèlement, et une transition climatique majeure d'un climat icehouse à greenhouse sur une Terre présentant une biosphère présentant une structuration quasi-analogue à l'actuelle. Étant donné ces grandes modifications, des changements paléoenvironnementaux sont observés dans les bassins sédimentaires tardi-orogéniques fini-carbonifères à permiens, notamment en Europe de l'Ouest, et particulièrement en France, au nord-est du Massif central, relique de l'orogenèse varisque. Aujourd'hui, ces bassins sont difficiles à étudier du fait de leur préservation incomplète, et sont essentiellement disponibles via des données de subsurface, avec de rares affleurements. De plus, le cadre géochronologique dans lequel ils s'inscrivent est peu contraint. Ce travail de thèse s'est donc proposé dans un premier temps de réévaluer l'ensemble des données disponibles : la première étape a été de préciser le cadre géochronologique des séries préservées afin de replacer précisément ces bassins dans leur contexte géodynamique via des datations U-Pb sur des niveaux de cendres volcaniques altérées. Les résultats fournissent des âges centrés sur la limite Carbonifère-Permien et sur le début du Permien. Le cadre sédimentologique a ensuite été précisé, mettant en évidence la présence de dépôts essentiellement subaquatiques (lacustres et deltaïques) et parfois subaériens (plaines d'inondation) avec des dépôts de charbon et de matière organique bien préservés, soulignant un contexte climatique relativement humide. Une étude plus poussée sur la matière organique a permis de préciser les environnements de dépôt et de mettre en évidence des modifications locales dans les cycles du carbone et de l'azote. La caractérisation minéralogique des assemblages argileux a souligné des changements locaux du régime de précipitations au cours du temps. Enfin, une étude cyclostratigraphique ayant pour but de préciser le cadre temporel haute-fréquence a permis également de souligner un rôle plus global du climat dirigé par les cycles astronomiques, permettant de mieux comprendre les processus de remplissage des bassins et de les replacer dans un cadre climatique de plus grande échelle. Nous disposons donc maintenant de coupes de référence pour la transition Carbonifère-Permien en domaine continental d'Europe de l'Ouest, étudiées par une méthode multi-proxies dont l'intégration des résultats nous permet d'approcher des conditions environnementales et climatiques d'échelle locale, voir globale.