Cette thèse s'inscrit au confluent des recherches sur l'apprentissage coopérant, la modélisation du dialogue et l'argumentation et s'intéresse au problème de la modélisation des processus cognitifs mis en oeuvre dans cette interaction. Dans cet axe de recherche, nous nous sommes focalisés sur les deux questions de recherche suivantes : la caractérisation des situations propices à la production de dialogues argumentatifs entre apprenants et l'élaboration d'un modèle analytique des dialogues de résolution de problème et de leurs phases d'argumentation. Nous avons développé un environnement informatique, DAMOCLES (Dialogues Argumentatifs Médiatisés par Ordinateur pour la Compréhension de l'Énergie en Sciences). Il s'agit d'un environnement de recueil d'argumentations médiatisées par ordinateur et de résolution critique de problème -- les chaînes énergétiques -- grâce à la conjugaison de deux modes de représentation (graphique et textuelle). Appuyé sur un modèle des situations favorables à l'argumentation comprenant dix conditions à satisfaire, DAMOCLES optimise le potentiel argumentatif a priori des dialogues par l'appariement automatique des élèves selon les différences conceptuelles entre leurs solutions individuelles. DAMOCLES se veut un outil de recherche sur les conditions de production d'argumentation et de recueil de données pour la modélisation cognitive de l'argumentation. Nous avons élaboré un modèle analytique des dialogues de résolution comprenant des phases d'argumentation. Dans une vision problématologique du dialogue, l'argumentation est conçue comme une activité de résolution de conflit en superposition à la résolution de problème. La double fonction dialogique des interventions (fonction de résolution de problème et fonction dialectique) est analysée grâce une classification systématique reposant sur trois critères indépendants : l'orientation interlocutoire, l'univers de référence et l'opération de pensée critique. Nous avons testé DAMOCLES avec un groupe de huit élèves de seconde et analysé le corpus recueilli à l'aide de notre modèle analytique, qui a pu montrer ses capacités de couverture et rendre compte de la place et des rôles de l'argumentation dans la résolution de problème. DAMOCLES a suscité des dialogues comportant des phases consistantes d'argumentation. De plus, l'analyse des données recueillies met en évidence les apports de l'argumentation dans l'apprentissage conceptuel : l'acquisition d'une meilleure maîtrise des données et contraintes du problème. Nous envisageons de poursuivre ces travaux par le recueil de corpus plus importants pour approfondir la validation des modèles développés.