Dans un contexte de transition énergétique, ce travail de recherche s’inscrit dans la dynamiqued’explorer la potentialité de nouvelles biomasses pour la production d’un vecteur énergétique propre,l’hydrogène (H2). Au cours de cette thèse, un procédé de production d’H2 par fermentation endogèneet sans dépense énergétique supplémentaire, a été élaboré à partir de biomasses viticoles, etl’influence de paramètres opératoires a été testée. Enfin, le type de biomasses influe sur laproduction d’H2, non seulement par sa composition biochimique, mais aussi par leur microfloreendogène qui oriente le métabolisme. La microflore endogène responsable de la production d’H2 àpartir de ‘bourbes’ (50 ± 6 L/Lbourbes avec un rendement de 2,0 ± 0,2 mol/mol) appartient à la familleClostridiaceae et est associée aux voies acétate/butyrate, alors que celle des ‘marcs’ (20 ± 4L/kgmarcs avec un rendement de 1,3 ± 0,3 mol/mol) appartient aux Enterobacteriaceae et estassociée aux voies acétate/éthanol. / In the context of energy transition, this work deals with the exploration of new potential biomasses forthe production of a clean energy vector, hydrogen (H2). During this thesis, a process of H2 productionby an endogenous fermentation from winery waste has been developed without any additionalenergetic consumption. The influence of operating parameters was studied. Finally, the type ofbiomass has an influence on the H2 production, not only because of initial biochemical composition,but also because of the endogenous microflora which orientates the metabolism. The endogenousmicroflora responsible of H2 production from ‘solid grape residues’ biomass (50 ± 6 L.L-1biomass with a2.0 ± 0.2 mol.mol-1 yield) through acetate/butyrate pathways belongs to Clostridiaceae family whilethe one responsible of H2 production from ‘grape pomace’ biomass (20 ± 4 L.kg-1biomass with a 1.3 ±0.3 mol.mol-1 yield) through acetate/ethanol pathways belongs to Enterobacteriaceae family.

Dans le contexte du développement de l’hydrogène-énergie, de nouvelles voies de production renouvelables sont étudiées, parmi lesquelles la fermentation obscure est un processus biologique convertissant la biomasse. Dans cette étude, ce procédé a été optimisé en réacteur agité semibatch par la sélection de cultures mixtes (boues de station d’épuration) et l’optimisation des paramètres de fermentation associés (température, ajout de substrat, régulation du pH). La présence majoritaire de bactéries du genre Clostridium a été observée dans le milieu fermentaire. Différents modes d’extraction des gaz produits ont été évalués, permettant d’intensifier le procédé par l’utilisation d’un gaz de balayage (N2 ou CO2). La mise en œuvre efficace en fonctionnement continu d’un bioréacteur membranaire dans une configuration d’extraction gaz/liquide a permis d’améliorer le rendement (> + 90%) et la productivité en H2 (> + 300%) par rapport au mode de fonctionnement continu en réacteur agité. Enfin, l’utilisation d’un substrat réel (bourbes viticoles) a permis de prouver la faisabilité du procédé dans une perspective d’industrialisation. / In the context of the development of hydrogen-energy, new renewable production ways are studied, among which dark fermentation is a biological process converting the biomass. In this study, this process was optimized for a semibatch reactor by the selection of mixed cultures (waste water treatment plant sludges) and the optimization of associated parameters of fermentation (temperature, add of substrate, pH regulation). The presence in majority of bacteria from the genus Clostridium was observed in the fermentation broth. Different extraction modes of the produced gas were evaluated, allowing to intensify the process by the use of a sparging gas (N2 or CO2). The successful implementation in continuous mode of a membrane bioreactor in a configuration of gas/liquid extraction allowed an increase in H2 yield (> + 90%) and productivity (> + 300%) compared to the continuous stirred tank reactor. Finally, the use of a real substrate (winery waste) allowed to prove the feasibility of this process in the prospect of industrialization.

Ce travail porte sur la destruction quantitative et d'une manière respectueuse pour l'environnement de solutions concentrées en nitrates par deux procédés différents. Dans les deux cas, la solution de nitrates est d'abord réduite électrochimiquement en ammoniums sur électrode de cuivre avec une sélectivité élevée, ceci quel que soit le pH de la solution d'électrolyse. Dans le premier procédé, l'ammonium est ensuite oxydé en azote à l'aide d'ions hypochlorites générés électrochimiquement. Une excellente sélectivité réactionnelle en azote de 91,5% est obtenue avec des rendements chimiques et faradiques élevés pour la réaction de réduction des nitrates en azote, accompagnée d'une consommation énergétique basse. Le deuxième procédé est un couplage électrochimique / biologique où les solutions d'ammonium seront utilisées comme substrat azoté pour produire du biohydrogène via des boues traitées thermiquement. Une consommation complète de la solution d'ammonium provenant de la réduction des nitrates est obtenue. Un rendement maximal de 0,35 mole H2/mole de glucose est atteint en utilisant des boues activées collectées d'un bassin d'aération contre 1,1 mole H2/mole de glucose produit dans le cas des boues prélevées d'un digesteur anaérobie. / This work deals with the quantitative and environmentally friendly destruction of concentrated nitrates solutions using two different processes. In both cases, the nitrates solution was firstly reduced electrochemically into ammonium on a porous copper electrode. Whatever the initial pH of the electrolytic solution, a high ammonium selectivity was obtained. In the first process, the ammonium was subsequently oxidized to nitrogen gas by hypochlorite ions generated electrochemically. An excellent selectivity of 91.5% with high current efficiency and high chemical yield toward the nitrogen formation was recorded, with a low power consumption. The second method is an electrochemical / biological coupling process where the obtained ammonium solution will be used as a nitrogen source to produce biohydrogen (H2) via heat-treated sludge cultures. A complete assimilation of the ammonium solution resulting from the electroreduction of nitrate was obtained. A maximum hydrogen yield of 0.35 mol H2/mole glucose was achieved using activated sludge collected from an aeration tank versus 1.1 mole H2/mole glucose produced in the case of sludge taken from an anaerobic digester.