Les invasions biologiques et les espèces natives en expansion sont deux problématiques en écologie particulièrement importantes dans le contexte des changements globaux. Pour explorer les mécanismes sous‐jacents, prévoir l’évolution future et fournir une aide à la décision, la modélisation est devenue un outil incontournable. Ce mémoire d’HDR illustre les approches de modélisation que j’ai développées jusqu’à ce jour pour répondre à ces enjeux à travers différents modèles biologiques et leurs problématiques associées. Les cas d’études couvrent les étapes successives d’une invasion : les risques d’entrée, d’établissement et d’expansion des espèces. Plus précisément, un premier modèle décrit les risques d’entrée d’espèces invasives en Europe avec l’importation de bois, un second modèle décrit les capacités d’établissement en lien avec les effets Allee, et enfin différents modèles décrivent l’expansion potentielle d’espèces invasives et d’espèces natives en expansion (modèles génériques d’expansion, expansion d’espèces sociales invasives, expansion d’un organisme invasif en association phorétique avec un insecte natif, et espèces natives en expansion en lien avec le changement climatique et les activités humaines). En quantifiant ces risques et en fournissant de nouveaux outils, certains de ces travaux de modélisation ont ainsi contribué à une meilleure gestion des risques dans le domaine de la santé des végétaux. À l’avenir les modèles, pour être plus proches de la réalité et avoir une puissance prédictive plus élevée, devront mieux prendre en compte la variabilité intra‐spécifique des populations, la variabilité du climat, l’hétérogénéité du paysage ainsi que l’interaction entre les espèces et l’efficacité des mesures de lutte.