Cette thèse s'inscrit dans le domaine de recherche des jeux sérieux et des représentations externes multiples. Un jeu destiné à l'apprentissage de l'algèbre élémentaire, portant sur la résolution d'équations et la mise en équation d'un problème algébrique, a été développé puis évalué auprès de jeunes élèves âgés de 13 à 15 ans. Sa conception s'est appuyée sur l'identification préalable de différentes caractéristiques d'environnements d'apprentissage ludiques, susceptibles de promouvoir l'engagement des apprenants et un apprentissage complexe mobilisant des représentations externes (texte, équation, représentation concrète du problème). Les résultats ont mis en évidence un impact différencié du jeu sur l'engagement et l'apprentissage des apprenants-joueurs qui dépendait du niveau antérieur de connaissance des apprenants, de leur profil motivationnel au début du jeu, de l'usage de différents outils d'aide et de visualisation ainsi que des stratégies de jeu et d'autorégulation de l'apprentissage mises en œuvre.