Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'analyse structurelle des réseaux biologiques. Nous proposons une nouvelle définition de motif dans le contexte des réseaux métaboliques. Un réseau métabolique est modélisé par un graphe coloré et un motif est défini comme un multiensemble de couleurs (une couleur correspond ici `a un mécanisme réactionnel). Une occurrence d'un motif est définie comme un ensemble de noeuds connectés et colorés par les couleurs du motif. Nous proposons des algorithmes pour rechercher et inférer de tels motifs, ainsi qu'un critère statistique permettant de décider si un motif est sur-représenté. L'application de nos méthodes au métabolisme d'Escherichia coli révèle des structures locales répétées. Nous argumentons que ces structures peuvent être interprétées comme des blocs fontionnels et/ou évolutifs du métabolisme.