Nous avons cherche a developper et a mettre a l'epreuve de la classe des activites utilisant un registre base sur des diagrammes lors de l'enseignement de la theorie de la relativite restreinte avec des eleves de terminale S. Meme si l'approche graphique est source de difficultes didactiques, les potentialites didactiques des graphiques peuvent s'averer etre plus avantageuses. Une etude epistemologique sur les diagrammes utilisables en relativite restreinte nous a permis de nous rendre compte des liens importants entre les mathematiques et la genese de la theorie de la relativite restreinte. C'est le cas du diagramme de Minkowski. Nous nous sommes egalement interesses a deux autres diagrammes developpes beaucoup plus tard pour des raisons didactiques, ceux de Brehme et de Loedel. A la suite de seances pilotes, nous avons developpe un nouveau cadre theorique, permettant d'analyser plus finement les interactions developpees par les eleves resolvant un probleme utilisant des diagrammes en relativite restreinte. Nous avons modifie les espaces de travail mathematique (ETM) en rajoutant un nouveau cadre de rationalite a celui des mathematiques initialement presentes, celui de la physique. Le cadre des ETM etendu nous a permis de concevoir plusieurs versions de sequences proposees aux eleves et de realiser une analyse a priori de leur niveau de difficulte et a posteriori en analysant des travaux d'eleves. Nous avons effectue l'analyse du travail de groupes d'eleves lors d'une sequence utilisant le diagramme de Minkowski avec GeoGebra, un logiciel de simulation graphique. Cela nous a permis d'evaluer le degre de maitrise du diagramme de Minkowski pour chaque eleve, tant du point de vue du cadre de rationalite des mathematiques que de celui des sciences physiques. Les resultats sont prometteurs, ils tendent a montrer une appropriation reelle des concepts de la theorie de la relativite restreinte via une approche utilisant des diagrammes. (auteur)