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Le professeur Léon Vaillant était un Parisien de Paris, né le 11 novembre 1834, au numéro 9 de la rue Poterie-des-Arcis. Cette maison, située dans le quartier de l'Hôtel-de- Ville, n'existe plus aujourd'hui, ayant été démolie par le percement de la rue de Rivoli.
Ses parents étant morts pendant son enfance, il fut élevé par ses deux grands-pères. Il fit sa première scolarité au collège d'Arras, où il manifesta d'évidentes dispositions pour le dessin et l'histoire naturelle, puis commença des études médicales, qu'il aUa terminer à Paris. Entre temps, il y fréquenta la Faculté des Sciences, où, avec Alphonse Milne-Edwards, Paul Bert, Vulpian, il suivit assidûment les leçons d'Henri Milne-Edwards. Aussi, en 1860, obtint-il le diplôme de licencié ès sciences naturelles. L'année d'après, en 1861, il soutint, à la date du 9 août, sa thèse de doctorat en médecine. C'était son travail de début, qui portait sur un sujet d'anatomie humaine.