L'objectif principal de cette thèse de doctorat est la reconstruction paléoenvironnementale enregistrée pendant le Pléistocène supérieur dans la péninsule ibérique du nord-ouest. Le stade 3 de l’isotope marin (MIS 3) a principalement été étudié, en combinant différentes approches scientifiques basées sur l’étude des ensembles fauniques de petits mammifères (insectivores, chauves-souris et rongeurs). Les trois sites analysés sont: l'Abric Romaní (Capellades, Barcelone), la grotte des Teixoneres (Moià, Barcelone) et la grotte d'Arbreda (Serinya, Gérone). Un quatrième site paléontologique contemporain, la grotte Xaragalls (Vimbodí-Poblet, Tarragone), était également inclus. L'objectif est d'intégrer les données disponibles des séquences archéologiques aux données dérivées de l'approche paléontologique et de l'analyse isotopique de l'oxygène, afin de permettre une augmentation des connaissances environnementales du MIS 3 d'un point de vue plus strictement régional et pour mieux comprendre la singularité climatique de la dernière phase de Néandertal dans la péninsule ibérique. L'étude s'est concentrée sur l'analyse isotopique de l'oxygène (δ18O) de l'émail dentaire chez les rongeurs modernes et fossiles des sites archéologiques susmentionnés. L'analyse tafonomique et taxonomique basée sur les petits mammifères a également contribué à l'enrichissement des connaissances écologiques, permettant une interprétation plus large des sites analysés. D'autres méthodes, également utilisées, sur les restes fossiles de petits mammifères pour la reconstruction paléoenvironnementale sont la méthode commune des intervalles éco-géographiques, la méthode des habitats pondérés, la classification corotypique des organismes et la méthode basée sur le modèle bioclimatique. Au vu des résultats obtenus, ces travaux montrent qu'il faut prendre en compte deux facteurs importants dans la reconstruction du paléoenvironnement ibérique à partir d'analyses isotopiques de l'oxygène: la saisonnalité possible de l'accumulation de rongeurs, dérivée de leur prédateur, et les particularités régionales en termes de valeurs de δ18O des eaux météoriques de la péninsule ibérique. Une nouvelle proposition méthodologique utilisée pour la reconstruction de la paléo-température et obtenue de l'étude dentaire de rongeurs δ18Op dans la péninsule ibérique, après avoir été élaborée conformément aux dispositions, a été appliquée aux sites archéologiques et paléontologiques étudiés. Le paléoenvironnement enregistré montre des conditions généralement plus froides et plus humides qu'aujourd'hui et une homogénéité climatique importante a été identifiée dans tous les sites, avec de légères variations liées aux pulsations entre les stades et les interstades, qui se traduisent par des oscillations entre les abondances des espèces méditerranéennes et de Europe centrale. Les formations forestières sont toujours abondantes dans toutes les séquences. La persistance des couvertures forestières, ainsi que les légères variations climatiques et communautaires des rongeurs globalement stables, démontrent les particularités de la péninsule ibérique, contrastant avec la grande instabilité climatique enregistrée en Eurasie. Ce travail met en évidence le fait que la combinaison d’une analyse paléoécologique à l’échelle locale et d’une analyse à grande échelle permet essentiellement une reconstruction plus fidèle du paléoenvironnement.