L'apprentissage de séquence d'informations est une habileté fondamentale, qui sous-tend une foule de comportements quotidiens (p. ex. la lecture). Plusieurs techniques sont utilisées pour étudier le phénomène, dont l'effet de répétition de Hebb : un apprentissage est observé par l'amélioration du rappel d'une séquence d'informations qui est répétée au cours d'une tâche de rappel ordonné. Son examen est cependant restreint aux mesures de performance, qui n'offrent qu'une lecture du phénomène au terme de la chaine de processus permettant l'apprentissage. Ainsi, certains suggèrent l'emploi de mesures physiologiques pour pallier ces limites et offrir une lecture des mécanismes déployés durant l'apprentissage du matériel. Ainsi, la thèse s'intéresse à l'exploration d'une mesure physiologique candidate à l'examen de l'effet de Hebb. La pupillométrie propose deux avenues plausibles pour refléter les manifestations associées à l'apprentissage d'une séquence. D'une part, la dilatation pupillaire est liée à l'effort mental déployé dans la tâche : une baisse de l'effort mental face au traitement d'une séquence répétée impliquerait une meilleure maitrise de son contenu, et donc son apprentissage. D'autre part, une réponse pupillaire est observée lorsqu'une transgression du patron de régularités de l'environnement est décelée : une telle réponse pupillaire face à une irrégularité insérée dans une séquence répétée suggérait alors l'apprentissage de ce patron d'informations. Ce faisant, les présents travaux ont pour objectifs de tester l'aptitude de ces deux mesures pupillaires à refléter les manifestations associées à l'effet de Hebb. À travers deux expériences, le premier chapitre de thèse suggère que la réponse pupillaire à l'effort mental reflète le bénéfice engendré par l'effet de Hebb. En effet, l'avantage au rappel induit par l'apprentissage s'illustre sur l'indice pupillaire de l'effort mental via une baisse du diamètre pupillaire à partir de la fin de l'encodage jusqu'à la rétention du matériel, indiquant un relâchement des ressources cognitives avant le rappel. Au second chapitre de thèse, une expérience teste les répercussions pupillaires de l'insertion d'une irrégularité dans la séquence apprise. En fin d'apprentissage, une réponse pupillaire signalant le bris du patron de la séquence répétée est observée, suggérant son apprentissage. Les résultats de la thèse appuient l'aptitude de la pupillométrie à offrir deux nouvelles avenues pour mesurer l'apprentissage d'une séquence répétée. L'examen du potentiel de ces deux indices pave la voie à de nouvelles manières d'étudier le phénomène d'apprentissage de séquence, et d'approfondir les modélisations contemporaines de la mémoire de l'ordre. / Sequence learning is a fundamental ability that underpins numerous daily tasks (e.g., reading). This phenomenon can be studied in a serial recall task, in which the learning of a repeated sequence of information can be observed from the improvement of its recall over repetitions. The investigation of this Hebb repetition effect is, however, restricted to performance measures, that only reflect the cumulative influence of all processes allowing learning. Many researchers suggest that physiological measures could provide an in-depth look at these mechanisms engaged during learning. In this view, the thesis seeks to investigate a physiological measure capable of reflecting sequence learning occurring in the Hebb repetition effect. Pupillometry aspires to provide two ways of indexing the processes associated with sequence learning. First, task-evoked pupil dilatation is a valid index of cognitive load: a decrease in cognitive effort associated with the processing of the repeated sequence would imply that the sequence has been learned. Second, a rapid pupillary response is observed when a violation in the environmental regularity pattern is detected: this pupillary response in the face of an irregularity inserted in the repeated sequence would denote learning of the information pattern. Thus, the present work aims to test the ability of these two pupillary responses of reflecting processing linked to the Hebb repetition effect. In two experiments, the first chapter suggests that the beneficial effect of learning can be observed through task-evoked pupil response: the recall advantage induced by learning is echoed to the pupillary index of mental load, by a decrease in pupil size following the end of encoding until retention, suggesting a gradual release of cognitive resources before recall. In the second chapter, a third experiment tests the pupillary response to a pattern transgression in the repeated sequence. Towards the end of the task, a rapid pupillary response following the violation of the sequence pattern suggests that the structure of the sequence was indeed learned. Taken together, these results support pupillometry's potential to offering two novel ways to assess learning associated with the Hebb repetition effect. This thesis provides a new playground for studying this sequence learning phenomenon, hence offering opportunities of deepening contemporary modelling of memory for serial order.