En France, l'éducation à la biodiversité est devenue une priorité au regard de la dégradation de la diversité biologique. À l'école primaire, elle est rattachée à la fois aux disciplines scientifiques et au développement durable. Les apprentissages attendus suivent essentiellement deux dimensions : les savoirs bio-écologiques et les comportements escomptés reliés à ces savoirs. Cependant, de nombreuses recherches font apparaître l'importance de la dimension affective dans ces apprentissages notamment au regard du rapport émotionnel entretenu avec les objets d'étude. Dans ce contexte, cette thèse explore les dimensions cognitive, affective et comportementale des apprentissages en éducation à la biodiversité. Le champ de recherche est restreint à l'étude d'arthropodes à l'école primaire. Comment la description et l'analyse de trois dimensions : savoir, affectivité et comportements permettent-elles de comprendre la construction des apprentissages en éducation à la biodiversité dans le cas de l'étude d'arthropodes à l'école primaire ? Pour répondre à cette question, le cadre conceptuel s'appuie sur l'analyse des savoirs, sur le modèle de la maturité affective vis-à-vis des objets étudiés et sur l'opérationalisation des comportements par les prises de position et intentions d'agir. Quatre objectifs sont poursuivis pour répondre à cette question : décrire et analyser chacune des trois dimensions, dégager les corrélations éventuelles entre les trois dimensions, identifier des profils particuliers d'apprenants, vérifier les effets d'une étude des arthropodes sur les apprentissages selon ces trois dimensions. La méthodologie utilisée suit deux perspectives : quantitative par une analyse multivariée des réponses à un questionnaire et qualitative par une analyse de réponses à la suite d'entretiens semi-dirigés. Les résultats obtenus ont permis de clarifier les trois dimensions considérées et d'éclairer leur articulation. La mesure et l'analyse de chaque dimension ont montré des différences significatives en fonction du type d'enseignement reçu en classe. Entre les dimensions analysées il existe des corrélations remarquables entre les savoirs, la maturité affective et les comportements. Des profils particuliers d'apprenants inter-reliant savoirs et affectivité ont pu être identifiés, ainsi que des profils généraux impliquant les trois dimensions. Nous avons pu constater l'importance de la relation affective avec les objets d'apprentissage qui, loin de perturber l'appropriation des savoirs aurait au contraire tendance à les renforcer tout en contribuant à construire des comportements citoyens et responsables. / In France, biodiversity education appears as a priority linked with the degradation of biodiversity. The biodiversity education in primary school is attached to both the scientific topics and sustainable development. The expected learning follows two basic dimensions: bio-ecological knowledges and behaviors related to the expected knowledges. However, numerous studies show the significance of affective dimension in learning, especially regarding the emotional relationship with the objects of study. In this context, this thesis explores the cognitive, affective and behavioral learning in biodiversity education. The search field is restricted to the study of arthropods in primary school. How the description and analysis of three dimensions: knowledge, emotions and behaviors allow to understand construction of learning in biodiversity education in the case of the study of arthropods in elementary school? To answer this question, conceptual framework is based on the analysis of knowledges, on the model of emotional maturity with the studied objects and the operationalization of behavior by positions and intentions to act. Four aims are proceeded to answer this issue: describe and analyze each of the three dimensions in the context of the study of arthropods in classroom, identify possible correlations between these three dimensions, identify specific patterns of learners and verify the effects of a study of arthropods on learning, according to these three dimensions. The methodology follows two perspectives: a quantitative multivariate analysis of survey responses and a qualitative analysis of answers during semi-structured interviews. The results of this study have clarified the three-dimensional knowledge, emotions and behaviors and highlighted the interplay between their relations. The measurement and analysis of each dimension pointed significant differences depending on the type of instruction received in classroom. There are significant correlations between scientific knowledge, emotional maturity and behavior according to the type of education. Specific profiles of learners linking knowledges and emotions have been identified, as well as general patterns involving the three dimensions. We noted the importance of emotional relationship with the learning objects that, instead of disrupting the knowledge, would rather tend to strengthen them while contributing to build citizenship and responsible behavior.