La philosophie conventionnaliste peut-elle être transposée de la géométrie à la physique ? Comment comprendre les relations entre conventionnalisme géométrique et principe de relativité ? Comment Poincaré envisageait-il les relations entre la théorie mathématique de la relativité et la conception de l’espace physique qu’il prônait ? Partant de ces questions controversées, le présent article propose une reconstruction du chemin intellectuel suivi par Poincaré dans ce cadre, selon les trois étapes suivantes : 1/ l’élaboration de la doctrine de l’espace physique (1880-1900); 2/ l’interférence entre la doctrine et la théorie de l’électron (1905); 3/ la dernière conférence sur la relativité, intitulée «L’espace et le temps» (1912), où Poincaré met en œuvre la nouvelle physique des systèmes de référence inertiels.