Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'exploitation des matériaux bio-sourcés dans des applications à haute valeur ajoutée et vise à valoriser un produit de transformation d'une plante herbacée appelée Alfa ou « Stipa tenacissima », très abondante en Tunisie. L'idée principale de ce travail est d'étudier et d'exploiter les pâtes d'Alfa produites à l'échelle industrielle, dans l'objectif de rechercher de nouvelles voies de valorisation. L'application potentielle envisagée concerne l'utilisation des fibres d'Alfa comme éléments de renfort dans des bio-composites à base de matrices polymères. Après une synthèse bibliographique, la première partie de ce travail a été consacrée à l'étude des tiges et des pâtes d'Alfa (caractérisations chimiques, analyses morphologiques, mesure des charges électriques, cinétiques de raffinage des pâtes, etc.). En outre, l'effet du raffinage sur les propriétés physiques des papiers produits à partir des fibres d'Alfa a été étudié. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la valorisation des fibres d'Alfa, transformées en papier, comme renfort dans des composites à matrices polymères biodégradables. Nous avons choisi une technique d'imprégnation des papiers préparés dans des solutions de polymères biodégradables pour l'élaboration de ces composites et nous avons étudié deux polymères : la polycaprolactone (PCL) et l'acide L-polylactique (PLLA). Les propriétés structurales, morphologiques, thermiques et mécaniques de ces nouveaux composites ont été analysées et discutées. Par ailleurs, nous avons proposé une méthode originale de modification de surface des fibres d'Alfa selon un protocole simple à trois séquences, combinant un traitement par micro-ondes et un traitement chimique des papiers préparés. Enfin, l'effet de cette modification de surface du renfort sur les propriétés des composites a été évalué et analysé. / This thesis aims at valorizing herbaceous plant called Alfa or "Stipa tenacissima" in added value application. This raw material is very abundant in Tunisia. Thus, the main idea of this work is to use Alfa fibers as reinforcing elements in polymer matrices-based bio-composites The literature review revealed that this plant has not been extensively studied, which motivated undertaking a comprehensive study of these fibers. Thus, a systematic and deep study of the chemical composition, the morphological properties, the electrical charges, the kinetics of pulp refining as well as the physical properties of the paper produced from these fibers was performed and gave several rational insights on Alfa fibers in the context of papermaking. The second part was devoted to the use of Alfa fibers, as reinforcing fiber mat in composite materials based on biodegradable polymer matrices. In this context, we have chosen an impregnation technique of the prepared paper films in solutions of two biodegradable polymers: polycaprolactone (PCL) and poly-L-lactide (PLLA). The structural, morphological, thermal and mechanical properties of these new composites were analyzed and discussed. In addition, we have proposed an original microwave-assisted grafting of surface chemical modification of Alfa fibers. In this context, stearic acid was used as a coupling agent. Finally, the effect of the surface modification of the reinforcement on composites properties was assessed and analyzed.