Constatant les limites des activités d'investigation guidées en cadre scolaire, la thèse propose un dispositif didactique innovant –le défi créatif collaboratif– notamment caractérisé par un travail collectif, une mise en situation ludique, un ensemble de contraintes interreliées, un matériel d'investigation fertile pour explorer et une pluralité de solutions possibles. Une approche compréhensive et multidimensionnelle a permis d'examiner minutieusement comment 18 groupes d'élèves de 8PH construisent un problème et élaborent des solutions en situation de défi créatif collaboratif. Un des éléments clé mis en lumière est l'élaboration progressive du problème à travers différents niveaux de problématisation. Les tâtonnements empiriques et les interactions verbales font émerger des propositions et des représentations divergentes qui représentent des sources de confrontation cognitive favorables à l'avancement de l'élaboration du problème. En prolongement de la recherche, les atouts didactiques, pédagogiques et épistémologiques du défi créatif collaboratif sont discutés, notamment comme dispositif propice au développement de capacités de construction/résolution de problèmes complexes, et à l'investissement des élèves dans un processus authentique de recherche et en écho à la science "qui se fait".