Les nombreuses différences qui existent entre les organismes illustrent que le processus de variation est un phénomène universel en biologie. Ces variations sont particulièrement observables chez les espèces sexuées, entre mâles et femelles. Comprendre les différents facteurs biologiques, environnementaux et génétiques, à l'origine de ce dimorphisme sexuel est le cœur de mon sujet de thèse. Pour cela, j’ai établi un nouveau modèle d'étude, l’insecte semi-aquatique Microvelia longipes. Ces insectes ont évolué un dimorphisme sexuel spectaculaire où les mâles présentent une croissance extrême et hypervariable spécifiquement au niveau de la troisième paire de pattes. Pour étudier ce phénomène, nous avons, en premier lieu, émis l’hypothèse que cette croissance exagérée était associée à des pressions de sélection sexuelle. Nous avons mis en évidence la présence de compétition intense entre males, qui utilisent leurs pattes arrière comme arme, pour s’accoupler avec les femelles. Les males à pattes plus longues gagnent souvent dans ces combats, expliquant l’importance adaptative de ces pattes exagérées chez les mâles. De plus, nous montrons que l’intensité que mettent les mâles à se battre est associée aux variations de taille de pattes chez les mâles, de la même espèce ou d’espèces différentes. Nous avons également développé un génome et une approche transcriptomique comparant les sexes et les pattes afin d’identifier les gènes responsables de cette croissance exagérée. Ceci a permis de dresser une liste de gènes dont l’expression corrèle avec l’exagération de la croissance des pattes chez les mâles et d’identifier des régions génomiques associées à la sélection sexuelle. / From the DNA molecule to the more complex phenotypes, variation is a universal process in life and living organisms. The innumerable differences that exist between species are probably one of the most manifest examples. Yet, all this diversity would never have occurred in nature without some pre-existing divergence within species. One of the most striking examples of intraspecies variation appears in sexual organisms, between males and females. Understanding the environmental and genetic factors influencing sexual divergence is a longstanding question in evolutionary biology. To this end, I focus here on a new insect model system, Microvelia longipes, which has the particularity to have evolved an extreme case of sexual dimorphism in the rear legs. Males display exaggerated long rear legs compared to females but also an extreme variability in these leg lengths from one male to another. We identified that M. longipes males use their exaggerated legs as weapons during male-male competition. Males with longer legs have more chance to access females on egg-laying sites and therefore increase their reproductive success. Moreover, fitness assays and comparative studies between Microvelia species revealed that the intensity of male competition was associated with the exaggeration and hypervariability of the rear legs in M. longipes males. In a second approach, we studied the developmental and genomic basis of this sexual dimorphism through a comparative transcriptomic analysis and identified genes and genomic regions associated with male exaggerated legs and ultimately with sexual selection. Overall, the integrative approach used in this work allows to establish Microvelia longipes as a promising new model system to study the influence of sexual selection in adaptive evolution.