Il naît le 25 novembre 1984 à Boulogne-Billancourt. Il se souvient d’avoir été très tôt fasciné par le 7ème art en regardant Jules et Jim de François Truffaut : « Un soir le film passait à la télé et ma mère n’arrivait pas à me mettre au lit. Et j’étais complètement absorbé par le film pour la simple et bonne raison, je pense, que j’étais tombé amoureux de Jeanne Moreau ». Repéré à l’âge de 12 ans par une agente alors qu’il n’est encore qu’un collégien, il paraît dans un épisode d’Une femme en blanc d’A. Issermann aux côtés de Sandrine Bonnaire et dans une série Mission protection rapprochée. Il suit l’été des stages au cours Florent. Après son bac, il commence des études supérieures de cinéma à l’université mais les interrompt rapidement, sa carrière cinématographique débutant.
En 1999, il paraît dans un court métrage de Marina de Van Alias et l’année suivante, dans un téléfilm de Jacques Otsmezguine avec Francis Huster et François Morel Julien l’apprenti où il joue le personnage dans sa jeunesse. Ses débuts au cinéma se font en 2001 quand il est Louis dans Le pacte des loups de Christophe Gans avec Monica Bellucci et Vincent Cassel. Il reçoit l’Etoile d’or du cinéma et Les lumières de la presse en tant que révélation masculine dans le film de Michel Blanc Embrassez qui vous voulez avec l’auteur, Charlotte Rampling et Carole Bouquet où il joue Loïc en 2002. Emmanuelle Béard lui donne la réplique l’année suivante dans Les égarés d’André Téchiné.
En 2004, après 2 nominations au cours des précédentes cérémonies, il obtient le césar du meilleur espoir masculin pour son rôle de Manech Langonnet dit « Le bleuet » aux côtés d’Audrey Tautou dans Un long dimanche de fiançailles de Jean-Pierre Jeunet d’après le roman de Sébastien Japrisot. La scène où sa partenaire lui caresse la joue permet d’évoquer la cicatrice due à un doberman qui l’a profondément griffé lorsqu’il avait 6 ans. « Ca fait partie de moi. Je n’ai pas forcément vu ça comme un atout, ni comme un inconvénient, c’est un peu les 2 en fait(…) Je sais qu’il y a des réalisateurs qui en ont joué ».
En 2005, il est Simon, rôle principal avec Nicole Garcia et Christophe Malavoy dans Le dernier jour de Rodolphe Marconi et intervient l’année suivante dans le sketch de Gus Van Sant Le marais inclus dans Paris, je t’aime. En 2007, il est Jacquou à 20 ans dans Jacquou le croquant de Laurent Boutonnat d’après le roman d’Eugène Le Roy et tient le rôle titre dans Hannibal Lecter : les origines du mal de Paul Webber avec Gong Li, adaptation du livre de Thomas Harris. En 2008, 3 participations : La 3ème partie du monde d’Eric Forestier avec Clémence Poésyet Eric Ruf, Un barrage contre le Pacifique d’après le roman de Marguerite Duras, réalisé par Rithey Pank avec Isabelle Huppert et Le premier cercle de Laurent Tuel avec Jean Reno. Il tourne en 2009 The witner’s luck de Niki Caro avec Jérélie Rénier et obtient le 1er rôle, celui de Nathanaël, dans Ultimatum d’Alain Tasma d’après Valérie Zenatti avec Jasmine Trinca et Michel Boujenah.
En 2010, il est Henri de Lorraine, duc de Guise, dit « Le balafré » dans le film historique adapté de la nouvelle de Mme de La Fayette, La princesse de Montpensier de Bertrand Tavernier avec Mélanie Thierry, Lambert Wilson, Raphaël Personnaz et Michel Vuillermoz et Philippe Magnan qu’il retrouve un an plus tard dans L’art d’aimer d’ Emmanuel Mouret avec François Cluzet et Julie Depardieu. En 2013, il est Balthazar, un des fils de Nicole Garcia dans Tu honoreras ta mère et ta mère de Brigitte Rouan.
Il reçoit de nouveau le prix des Lumières de la presse internationale en 2014 pour son interprétation du couturier dans Saint-Laurent de Bertarand Bonello ; nominé pour le César, il s’incline devant Pierre Niney, l’autre YSL. Philippe Terrier-Hermann réalise The american tétralogy.
En 2015, Louis, le rôle principal dans le film de Xavier Dolan Juste la fin du monde avec Marion Cotillard, Nathalie Baye, Léa Seydoux et Vincent Cassel lui vaut le César du meilleur acteur. Cette année-là il devient chevalier des Arts et Lettres et tourne également dans La danseuse de Stéphanie di Guisto avec Mélanie Thierry et la chanteuse Soko.
Il retrouve Isabelle Huppert dans Eva de Benoît Jacquot en 2017 puis tourne sous la direction de Guillaume Nicloux Les confins du monde avec Gérard Depardieu. L’année suivante, le réalisateur est l’auteur d’une mini-série sur Arte Il était une seconde fois. Il est Basile aux côtés de Louis Garrel (Robespierre), Laurent Lafitte (Louis XVI) dans Un peuple et son roi de Pierre Schoeller projeté hors compétition à la Mostra de Venise. En 2019, il joue dans Sibyl de Justine Triet avec Virginie Efira et Adèle Exarchopoulos , film faisant partie de la sélection officielle en compétition au festival de Cannes.Il est, cette année-là, membre du jury du festival de Deauville présidé par Catherine Deneuve. La sortie du film réalisé par Emily Atef avec Liv Ullmann est prévue pour 2022. Un film de Bertrand Bonello était en projet.
Outre les 2 courts métrages précédemment mentionnés, il intervient dans L’inconnu d’ Aurélien Vernhes en 2007 puis en 2012 dans Mes amours décomposé(e)s de Sacha Barbin qui réalise Ordalie en 2018.
A la télévision, il tourne pour Pierre Badel en 1998, figure dans un épisode de Le refuge en 1999, dans L’oiseau rare en 2001.En 2004 c’est un épisode de Navarro et en 2009 de Myster Mocky présente. Alex Lutz réalise La vengeance au triple galop en 2021.
Il prête sa voix en tant que narrateur en 2016 pour Vadim mister cool d’Olivier Nicklaus et en off pour Cocteau-Albrown, le poète et le boxeur de François Lévy-Kuentz.
Au théâtre il a joué avec Michel Fau et Charlotte de Turckheim dans Que faire de Mr Sloane en 2012 à la Comédie des Champs Elysées puis en 2015 au théâtre du Rond Point dans Les démons.
Sa carrière de mannequin le mène à une présence régulière aux défilés de la semaine de la mode. Il est présent avec Kate Moss pour la campagne des sacs Longchamp en 2008 puis est filmé à New York par Martin Scorcese pour le parfum Bleu de Chanel en 2018 avant de l’être dans un autre spot pour Steve Mc Queen.
Vie privée : Il vit de 2005 à 2007 avec l’actrice Cécile Cassel (née en 1982, fille de Jean-Pierre et sœur de Vincent, également chanteuse). Depuis 2013, il partage la vie du mannequin Gaëlle Pietri, originaire de Corse et travaillant au sein de Metropolitan, agence de mannequins la plus importante au monde. Repérée très jeune par l’agence Elite elle a posé dans les spots publicitaires de Nivéa, Garnier et Bourjois. Leur fils Orso est né en 2016. L’acteur dit : « Depuis que je suis devenu papa, ma vie s’est agencée totalement différemment. Dès lors, j’essaye de consacrer du temps et de l’énergie à mon fils ».
Alors qu’il est en vacances en famille en Savoie, dans la station de La Rosière, il meurt des suites d’un traumatisme crânien après une collision à skis au CHU de la Tronche à Grenoble. Ses obsèques auront lieu le 27 janvier en l’église Saint-Eustache dans le 1er arrondissement de Paris.
Le réalisateur québécois Xavier Dolan lui rend cet hommage : « Ton rire discret, ton œil attentif. Ta cicatrice. Ton talent. Ton écoute. Tes murmures, ta gentillesse. Tous les traits de ta personne étaient en fait issus d’une douceur étincelante ».
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