Le propos de cette thèse est d’étudier le système « source-to-sink » du système Pyrénées et de son rétro-bassin d’avant-pays, le bassin d’Aquitaine et de son équivalent profond, le golfe de Gascogne (« Bay of Biscay »), durant le Cénozoïque. Ce travail a nécessité (1) une ré-évaluation biostratigraphique, (2) une analyse en termes de stratigraphie sismiques et une quantification des volumes de sédiments préservées, (3) une quantification des volumes érodés issus du Massif central, (4) une quantification des volumes érodés issus des Pyrénées, (5) une synthèse de l’ensemble de ces données. Le passage de la phase orogénique à post-orogénique s’opère entre 27.1 et 25.2 Ma. Il correspond à la succession de trois surfaces d’érosion qui fossilisent l’ensemble les structures compressives. La période orogénique est découpée en deux phases distinctes, (1) jusqu’à 43.5 Ma (Lutétien), est caractérisée par une forte subsidence au front du Chevauchement Nord-Pyrénéen, (2) de 43.5 à 27.1 Ma, est caractérisée par la migration de la subsidence vers le bassin, dans des sous-bassins contrôlés par l’activité des chevauchements. La période post-orogénique est découpée en deux phases distinctes, (1) de 25.2 à 16 Ma environ, correspond à la mise en place du rebond isostatique, (2) entre 16 et 10.6 Ma, correspond à une surrection de l’ensemble du système. Cette phase correspond à un évènement ouest-européen sans doute lié à une activité mantellique. La quantité totale de roches préservés dans le bassin d’Aquitaine et le golfe de Gascogne est de 92 200 km3. La répartition des sédiments préservés au cours du temps évolue en faveur du bassin d’Aquitaine entre 66.0 et 33.9 Ma et en faveur du golfe de Gascogne entre 5.3 et 0 Ma. Cette balance est due aux différents stades d’évolution de la subsidence/surrection dans le bassin d’Aquitaine. Les taux de sédimentations montrent deux périodes d’augmentation des flux sédimentaires, la première à la limite Eocène-Oligocène que nous relions à la fois à la période d’exhumation paroxysmale pyrénéenne mais également au refroidissement global contemporain. La deuxième, à 5.3 Ma, semble correspondre à l’augmentation mondiale des flux, dont l’origine climatique est favorisée par les auteurs. La quantité totale de roches érodées issues des Pyrénées et du Massif central est de 34 335 km3. La différence observée entre les volumes sédimentés et les volumes érodées peut s’expliquer par l’apport de sédiments issus des courants à partir du Pliocène, la non prise en compte des volumes issus des massifs cantabriques et une sous-estimation des volumes érodés.