La première partie de ce travail de thèse s'est intéressée à l'impact des régimes alimentaires des porcs sur la quantité de soufre présente dans les déjections. La charge en soufre apportée par chacun des ingrédients qui composent la formulation a été analysée. La rétention et l'excrétion du soufre ingéré par les animaux (porcs) ont été évaluées par une étude in-vivo. Le soufre absorbé par les animaux est faiblement retenu, au-delà des besoins nutritionnels, il est excrété principalement sous la forme de sulfates, par la voie urinaire. La dynamique des sulfates dans le lisier a été évaluée par une simulation de stockage anaérobie, ils sont consommés et transformé en sulfure d'hydrogène, lequel est, soit transféré vers la phase gazeuse, soit stocké dans la phase liquide. La principale voie de production étant la réduction dissimilatrice des sulfates. La deuxième partie de ce travail de thèse est consacrée au devenir du soufre dans les unités de méthanisation agricoles où la production d'hydrogène sulfuré est sous la dépendance des mélanges de co-substrats digérés. Un inventaire des différents substrats utilisables par les unités de méthanisation à la ferme a donc été réalisé. Les teneurs en soufre total ainsi que les potentiels méthanogènes pour chacun de ces substrats ont été déterminés et un potentiel sulfurogène (concentration maximale d'hydrogène sulfuré du biogaz pour un substrat donné) a été défini. Grâce à ces données, un ratio C/S a pu être défini, lequel a permis de classer les différents substrats quant à leur potentialité à produire de l'hydrogène sulfuré. Les algues vertes d'échouage, substrat à faible ratio C/S, ont été testées sur des pilotes de digestion anaérobie en co-digestion avec des lisiers de porcs. Pour ces algues, le faible potentiel de production de biogaz couplé aux fortes teneurs en hydrogène sulfuré du biogaz mesuré avec nos essais limite fortement l'intérêt de leur utilisation dans les filières de méthanisation à la ferme.

La méthanisation est un procédé biologique au cours duquel la matière organique est convertie en un gaz riche en méthane (biogaz). Parmi les technologies industrielles, les procédés de digestion par voie sèche (taux de matière sèche supérieur à 15 %) sont de plus en plus utilisés car ils présentent des avantages concurrentiels important par rapport aux procédés classiques par voie humide. Cependant, la nature très pâteuse du milieu de digestion lui confère des propriétés mal connues et non étudiées (comportement rhéologique, équilibres, transferts, cinétiques biologiques). Cette thèse comporte deux axes de recherche : i) la nature des équilibres chimiques (sorption, diffusion) intervenant dans les milieux de digestion, ii) la mise en place et l'application d'un modèle cinétique adapté à l'étude des milieux secs. Sur le premier volet, nous avons mis en évidence que le transfert diffusionnel est fortement réduit avec l'augmentation de la teneur en matière sèche des milieux en absence d'agitation. Une des conséquences est l'importance du transfert liquide-gaz pour la production de biogaz. Sur le deuxième volet, nous avons développé un modèle cinétique dédié qui nous a permis, par comparaison avec l'expérience, de mieux cerner la variabilité de la cinétique en fonction de la teneur en matière sèche des milieux. Les répercussions de ce travail se situent aussi bien à l'échelle du laboratoire, en particulier pour l'exploitation des essais d'activité méthanogène, qu'à l'échelle industrielle, avec la nécessité de contrôler le taux de matière sèche des procédés pour une efficacité optimale, et d'adapter l'agitation à ce taux pour améliorer les rendements de dégradation. Le modèle développé pourra constituer une base pour le dimensionnement et la conduite des installations.

La méthanisation est un processus biologique de transformation des matières organiques libérant principalement du méthane et du dioxyde de carbone. Cette technologie connaît un essor important pour la production de biométhane, source d'énergie renouvelable. Elle présente cependant des rendements de dégradation faibles lorsque de la biomasse lignocellulosique est utilisée comme matière première. Pour optimiser son rendement, la paille de blé a été sélectionnée comme biomasse représentative et l'impact sur la méthanisation de chacune des fractions (extractibles, hémicelluloses, cellulose et lignine) a été évalué. Une biomasse de synthèse a été construiteà partir des constituants pures de la paille de blé afin d'évaluer l'impact des interactions lignine-holocellulose. Le potentiel de méthanisation de différentes molécules phénoliques,provenant de la dégradation de la lignine, a été déterminé. Elles inhibent la méthanisation à l'exception de trois d'entres elles qui présentent un rendement de méthanisation élevé : les acides vanillique, l'acide férulique et le syringaldéhyde. Différents prétraitements physique (le chauffage par échangeur thermique ou par irradiation aux micro-ondes ainsi que la sonication et le raffinage papetier) et chimique (la soude, l'ammoniaque et l'ozone) ont ensuite été sélectionnés, et leurs impacts sur lacomposition de la paille et sa méthanisation ont été mesurés. Les meilleurs rendements de méthanisation ont été obtenus suite à l'exposition aux micro-ondes en présence de soude.

La synthèse Fischer-Tropsch (FT) permet de convertir un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone (gaz de synthèse) en hydrocarbures avec une distribution large de longueur de chaine. Le gaz de synthèse peut être produit à partir de différentes ressources comme le gaz naturel, le charbon et la biomasse. Afin de diversifier les sources d’énergie, la synthèse FT peut apporter une contribution pour la production de carburants liquides. Néanmoins, la formation de méthane pendant la réaction affecte la faisabilité économique du procédé. Cette étude a pour but de comprendre le mécanisme de formation du méthane sur des catalyseurs de FT. Pour atteindre cet objectif, une étude cinétique en régime transitoire couplée à la technique « SSITKA » a été mise en œuvre sur différents catalyseurs nickel et cobalt. Les données expérimentales sont ensuite utilisées pour alimenter un modèle microcinétique. En utilisant cette méthodologie, nous avons montré que deux intermédiaires distincts de surface conduisaient à la production de méthane. Le modèle microcinétique consiste en deux voies de production de méthane, l'une par dissociation directe de CO, l'autre par décomposition de CO assistée par hydrogène. Nous proposons que les proportions relatives de ces deux intermédiaires dépendent de la structure des particules métalliques, notamment la distribution des sites en sur les terrasses et les coins / The Fischer-Tropsch synthesis (FTS) converts a mixture of hydrogen and carbon monoxide (syngas) selectively into hydrocarbons with a large chain length distribution. Syngas can be produce from different resources such as natural gas, coal and biomass. In the light of energy resource diversification, FTS can make a contribution to the production of liquid fuels. However, methane formation as byproduct has a large impact on the process economic feasibility. This study aims at the understanding of the methane formation over syngas conversion catalysts, such as nickel and cobalt. To this purpose, Steady-State Isotopic Transient Kinetic Analysis (SSITKA) and step-transient experiments over different nickel and cobalt samples have been carried out and the data have been used to develop a microkinetic model describing methane formation. By using these methodologies, it was found that the CO conversion to methane proceeds through two different surface intermediate species. The microkinetic model is developed on the hypothesis of two reacting paths leading to methane: the unassisted CO dissociation and the H-assisted CO decomposition. It is proposed that these two reacting intermediates are related to the structure of the catalyst particle, specifically to the distribution of the catalyst surface sites on terraces and steps

La méthanisation émerge comme une technique efficace pour la production énergétique ainsi que le traitement des résidus organiques. Une analyse de la méthanisation dans les différentes filières sélectionnées est menée par une démarche reposant sur la définition de filières-type, renseignées à partir d'enquêtes techniques auprès des installations existantes et des professionnels. Ces filières-type nous permettent d’étudier globalement les bilans énergétiques et environnementaux de la digestion anaérobie pour la comparer avec d’autres procédés en utilisant l’approche par analyse du cycle de vie. Énergétiquement, un potentiel important de plus de 11 Mtep/an est estimé à partir des ressources disponibles dans les filières retenues. Les ressources agricoles contribuent à une part importante de ce potentiel. Les déchets résiduaires des industries agroalimentaires complètent ce potentiel sachant que la quantité des déchets méthanisables est importante sur le territoire français. Environnementalement, le biogaz valorisé procure un avantage à la méthanisation devant la filière de comparaison. Les résultats des études comparatives d’ACV sont sensibles à la méthode d’analyse d’impact retenue par rapport à leur sensibilité à certains aspects. Les résultats d’ACV sont aussi sensibles à la définition des filières et alors définir d’autres filières lorsque des interrogations subsistent est une perspective importante à ne pas négliger. / Anaerobic digestion is emerging as an efficient technology for energy production as well as for of organic residues treatment. An analysis of the anaerobic digestion in different chosen procedures is led by an approach based on the standard procedures definition, filled from technical investigations with existing installations and professionals. These standard procedures allow us to study the overall energy and environmental balance sheets of anaerobic digestion in order to compare it with other processes by using the approach of life cycle assessment. Energetically, an important potential for more than 11 Mtoe/year is estimated from available resources in chosen procedures. Agricultural resources contribute to a significant portion of this potential. The residual waste from food industries completes this potential knowing that the amount of waste processed with anaerobic digestion is important on the french territory. Environmentally, the biogas recovered is advantageous to anaerobic digestion against comparison procedures. The results of comparative studies of LCA are sensitives to the impact assessment method adopted in relation to their sensitivity to certain aspects. The LCA results are also sensitives to the definition of procedures and define other procedures, when we have doubts, remains an important perspective not to be neglected.

Beaucoup de micropolluants organiques sont présents dans les boues. Leur possible impact sur l'environnement contribue à accroître leur intérêt scientifique et social. La digestion anaérobie présente un potentiel certain pour dégrader ces composés. Dans ce travail, il a été développé un modèle dynamique pour décrire le devenir de micropolluants hydrophobes au cours de la digestion anaérobie de boues contaminées. Le modèle est basé sur une distribution des composés dans quatre-compartiments et il a démontré que la transformation des micropolluants est bien simulée si l'on considère une cinétique de co-métabolisme pour la dégradation et si la phase aqueuse constitue le compartiment biodisponible. Dans ce modèle, la sorption des micropolluants hydrophobes est envisagée sur deux phases différentes: la matière particulaire et la matière dissoute/colloïdale (DCM), car la sorption sur le compartiment DCM peut influencer la disponibilité des composés et donc leur biodégradation. Il a été conclu que le transfert de micropolluants hydrophobe ne limite pas leur biodégradation, et que leur devenir est régi par l'état d'équilibre de sorption-désorption. Afin d'identifier quelle(s) étape(s) de la digestion permet le co-métabolisme, de nouvelles expérimentations ont été menées en utilisant des inhibiteurs des Méthanogènes. Elles suggèrent que la dégradation anaérobie des micropolluants implique principalement des microorganismes non-méthanogènes. En effet, la transformation co-métabolique des micropolluants serait principalement liée à la population acidogènes, comme le montre le modèle avancé proposé. Le modèle proposé est potentiellement utile pour mieux comprendre la distribution des micropolluants, prédire leur devenir dans des conditions anaérobies et aider à optimiser le processus de fonctionnement pour leur épuisement. / Many organic micropollutants are present in sludge. Their possible impact on the environment contributes to their increasing scientific and social interest. Anaerobic digestion has been shown as a potential biological process for removing these compounds. In this work, a dynamical fate model is developed for hydrophobic micropollutant under anaerobic digestion of contaminated sludge. The model is based on a four-compartment distribution and demonstrated that the micropollutant transformation is well simulated if considering a co-metabolic kinetic and the aqueous phase as the bioavailable compartment. In this model, the sorption of hydrophobic micropollutants is considered on two different phases: particulate matter and dissolved/colloidal matter (DCM). Indeed, the sorption onto DCM can influence the availability of compounds for biodegradation. It was concluded that hydrophobic micropollutant transfer does not limit their biodegradation, and that their fate is governed by sorption-desorption equilibrium state. In order to evaluate which step of the anaerobic pathway is implied in the co-metabolism of micropollutants, experimental set-ups were designed using different way to inhibit the Methanogens. The experimental inhibition of methanogenic activity suggests that the anaerobic degradation of micropollutants mainly involves non-methanogenic microorganisms. Indeed, the co-metabolic transformation of micropollutants would be mainly linked to acidogens population as it was shown through the proposed advanced model. This latter is potentially useful to better understand the micropollutant distribution, predict their fate under anaerobic condition and help to optimize the operation process for their depletion.

Le processus de dégradation anaérobie de la matière organique est un phénomène naturel largement répandu sur terre (ex. marais, lacs, rizières, systèmes digestifs d'animaux et humains). Une très grande diversité microbienne est entretenue durant ce processus, traduisant une diversité de voies métaboliques impliquées. Lorsqu'elle est complète, la digestion anaérobie aboutie à la formation de biogaz (mélange de méthane et de dioxyde de carbone). En termes de biotechnologie, le traitement par voie anaérobie de pollutions organiques permet de réduire le volume de déchets en générant du méthane valorisable sous plusieurs formes (électricité, chaleur, gaz naturel, biocarburant). Cependant, les digesteurs industriels sont optimisés pour un fonctionnement à 35°C ou à 55°C, ce qui nécessite un apport exogène d'énergie de maintenance. Ainsi, les travaux de thèse se sont intéressés à l'étude de la capacité d'adaptation de divers écosystèmes anaérobies industriels couvrant une variété de procédés et de conditions opératoires à convertir l'éthanol en biogaz à différentes températures. La première phase de l'étude avait pour but le conditionnement, en réacteurs de laboratoire d'écosystèmes à leur température d'origine avec un substrat facilement biodégradable (éthanol). Ensuite, les performances des communautés microbiennes (le potentiel méthanogène maximal et la cinétique de dégradation) ont été estimées sur un gradient de température de 5°C à 55°C en fioles. La phase de conditionnement des écosystèmes en réacteur batch a montré que la production de biogaz avoisinait la production théorique et que cette production s'accompagnait d'une diminution de la durée de réaction avec ajout successif du substrat. De plus, les cinétiques de production de biogaz obtenues les variaient fortement d'un écosystème à l'autre. Des profils d'empreintes moléculaires (CE-SSCP) des communautés bactériennes et archées ont été réalisés au début et à la fin du conditionnement. Ces profils de communauté ont été comparés entre eux par analyse en composante principale (ACP). Les populations bactériennes qui assuraient une performance efficiente étaient différentes de celles qui garantissaient une bonne capacité d'adaptation. Par ailleurs, le potentiel d'adaptation dépendait de la présence de populations d'Archaea méthanogènes bien spécifiques. En plaçant ensuite les écosystèmes conditionnés dans des conditions de température éloignées de la température d'origine, seuls les écosystèmes mésophiles se sont acclimatés aux températures psychrophiles. Comme attendu, l'activé spécifique maximale des méthanogènes était toujours obtenue à la température d'origine de l'écosystème. L'analyse des communautés bactériennes et archées à la fin de la période d'acclimatation a révélé que l'acclimatation des écosystèmes thermophiles et mésophiles à des températures plus faibles ne modifiait que légèrement la structure des communautés microbiennes. En revanche, des changements plus importants étaient obtenus lorsque la température d'incubation était augmentée par rapport à la température d'origine de l'écosystème. En résumé, l'étude de l'effet de la température d'incubation (de 5°C à 55°C) sur l'activité fermentaire et sur la structure des populations microbiennes est un bon modèle d'étude au laboratoire pour appréhender l'impact d'un facteur abiotique sur la dynamique structurelle et fonctionnelle d'une communauté microbienne complexe. / The process of anaerobic degradation of organic matter is a natural phenomenon widespread on Earth (eg, marshes, lakes, rice fields, digestive systems of animals and humans). A high microbial diversity is maintained during this process, reflecting a diversity of metabolic pathways involved. When complete, the anaerobic digestion accomplished in the formation of biogas (methane mixture and carbon dioxide). In terms of biotechnology, anaerobic treatment of organic pollution reduces the volume of waste and generates methane recoverable in several forms (electricity, heat, natural gas, biofuels). However, industrial digesters are optimized for operation at 35 ° C or 55 ° C, which requires exogenous energy maintenance. Thus, the thesis is interested in the study of the adaptability of various anaerobic ecosystems covering a variety of industrial processes and operating conditions to convert ethanol into biogas at different temperatures. The first phase of the study was to the conditioning, in laboratory reactors ecosystems to their original temperature with a readily biodegradable substrate (ethanol). Then, the performances of microbial communities (the maximum methanogenic potential and degradation kinetics) were estimated on a temperature gradient of 5 ° C to 55 ° C in glass bottles. The conditioning phase of the ecosystems in batch reactor showed that the biogas averaged theoretical production and this production was followed by a decrease in reaction time with successive addition of the substrate. In addition, the kinetics of the biogas obtained varied greatly from one ecosystem to another. Molecular fingerprinting profiles (CE-SSCP) of bacterial and archaeal communities were performed at the beginning and at the end of conditioning. These community profiles were compared with each other by principal component analysis (PCA). Bacterial populations that ensured efficient performance were different from those that ensured a good adaptability. In addition, the potential for adaptation depended on the presence of very specific methanogenic Archaea populations. When placing ecosystems conditioned in temperature away from the original temperature, only mesophilic ecosystems adapted to psychrophilic temperatures. As expected, specific methanogenic activity was always obtained at the original temperature of the ecosystem. Analysis of bacterial and archaeal communities at the end of the acclimation period revealed that acclimation thermophilic and mesophilic ecosystems to lower temperatures only modified slightly the structure of microbial communities. On the other hand, more significant changes were obtained when the incubation temperature was increased in comparison to the original temperature of the ecosystem. In summary, the study of the effect of incubation temperature (5 ° C to 55 ° C) on the fermentation activity and microbial population structure is a good model for laboratory study to understand the impact of abiotic factor on the structural and functional dynamics of a complex microbial community.

Dans le but d'évaluer la possibilité de mise en place une ingénierie écologique des processus microbiens de la digestion anaérobie dans les bioprocédés, différents leviers environnementaux ont été appliqués à des digesteurs de cellulose. Le premier levier étudié, de nature physico-chimique, était la température. Le deuxième faisait appel à une adaptation préalable d'une biomasse complexe par incubation avec des molécules simples avant mise en présence de cellulose. Le dernier consistait en la co-inoculation de diverses biomasses exogènes avec une boue anaérobie. Les conséquences des perturbations apportées par ces leviers sur les dynamiques métaboliques et écologiques de bioréacteurs anaérobies dégradant de la cellulose ont été évaluées. Différents indicateurs physico-chimiques ont été utilisés pour caractériser la dégradation de la cellulose (production de molécules intermédiaires, production de gaz, etc.). Les outils de la biologie moléculaire ont permis de caractériser les dynamiques microbiennes à l'échelle des communautés (par fingerprinting ARISA) ou des individus (par pyroséquençage de l'ADNr 16S). L'utilisation d'isotopes stables (cellulose marquée 13C), a permis de réaliser un traçage précis des flux de matières (intermédiaires de dégradation de la cellulose enrichis en 13C) et des microorganismes impliqués dans la chaîne de dégradation de la cellulose (groupes microbiens fonctionnels identifiés par la technique de « stable isotope probing »). Les expériences de changements de température ont montrél'influence importante de ce paramètre sur les communautés microbiennes, en particulier les archées. Elles ont mis en évidence le caractère asymétrique de l'effet de la température sur les communautés microbiennes et les conséquences irréversibles du passage par les conditions thermophiles. Ces propriétés ouvrent des perspectives intéressantes pour exploiter les chocs de température afin de modifier les propriétés de la biomasse. L'expérience de fonctionnalisation de la biomasse à l'aide de quatre molécules simples (acide propionique, acide butyrique, glucose et cellobiose) montre qu'un modelage des populations microbiennes par préadaptation est possible. Une fois en contact avec la cellulose, les biomasses fonctionnalisées génèrent des schémas de dégradation et des structures de communautés qui se répartissent de manière inattendue en deux catégories seulement. Ce résultat suggère qu'il est possible d'orienter les états d'équilibre d'une communauté microbienne complexe par préadaptation fonctionnelle. Enfin, des expériences de co-inoculation ont mis en avant la difficulté d'exploiter directement les propriétés enzymatiques de flores cellulolytiques performantes mais également les possibilités de modifier les équilibres de diversité au sein de la biomasse du bioprocédé. Ces expériences suggèrent qu'un paramètre tel que la diversité de la communauté d'un bioprocédé pourrait être manipulé par bioaugmentation. Ce travail démontre que nous disposons d'ores et déjà d'un certain nombre d'outils pour élaborer une ingénierie écologique des bioprocédés à travers une nouvelle démarche de gestion qui se place à l'échelle de l'écosystème microbien et des services associés. / In order to evaluate the possibility of establishing an ecological engineering of microbial processes of anaerobic digestion in bioprocesses, different environmental levers were applied to cellulose digesters. The first lever studied was temperature. The second involved preadaptation of a complex biomass by incubation with simple molecules, before addition of cellulose. The third lever consisted in co-inoculating various exogenous biomasses with anaerobic sludge. The consequences of these levers on metabolic and ecological dynamics of cellulose-degrading anaerobic bioreactors were evaluated. Different physicochemical indicators were used to characterize cellulose degradation (intermediate production, gas production, etc.). Molecular biology tools enabled the characterization of microbial dynamics at the community level (ARISA fingerprinting) or individual level (16S rDNA pyrosequencing ). The use of stable isotopes (13C-labeled cellulose) enabled the accurate tracing of both material flows (13C enriched cellulose intermediates) and microorganisms involved in the cellulose degradation chain (functional microbial groups were identified by "stable isotope probing" technique). Temperature changes showed the significant influence of this parameter on microbial communities, especially Archaea. The asymmetric nature of temperature effect on microbial communities, and the irreversible consequences of incubation in thermophilic conditions were highlighted. These properties open interesting perspectives for the use of temperature shocks to modify biomass properties. A biomass functionalization experiment was performed with simple molecules (propionic acid, butyric acid, glucose and cellobiose). It showed that shaping microbial communities through substrate adaptation was possible. Once in contact with the cellulose, functionalized biomasses generated patterns and structures of degradation communities who unexpectedly formed two categories only. This result suggests that it is possible to direct the equilibrium states of a complex microbial community by functional preadaptation. Finally, co-inoculation experiments highlighted the difficulty of directly exploiting the enzymatic properties of efficient cellulolytic flora. But, they also highlighted the possibility of changing biomass diversity balance in bioprocesses. Thus these experiments suggest that a parameter such as community diversity can be manipulated by bioaugmentation in bioprocesses. This work demonstrates that several tools are available to develop an ecological engineering of bioprocesses, through a new management approach at the microbial ecosystem (and related services) level.

Cette étude porte sur l’influence de différents traitements sur les caractéristiques et l’évolution de la matière organique de boues de stations d’épuration (Step). Les échantillons étudiés proviennent de 3 stations municipales de la Vienne. Le premier volet développé au cours de l’étude a pour but la mise au point d’une méthode d’analyse qualitative et quantitative des constituants des boues de Step. Les résultats obtenus démontrent le potentiel de la thermochimiolyse-GCMS à caractériser, sans extraction préalable, la matière organique d’un échantillon brut. Le deuxième volet de cette thèse s’est intéressé à l’influence de différents traitements (séchages, accélérateur d’électrons et méthanisation) sur l’évolution de la matière organique. Ainsi, le séchage thermique provoque une fragilisation de la matière organique, le séchage solaire une complexification et les lits plantés de roseaux n’ont pas d’influence significative à court terme. L’application du procédé d’oxydation avancé sur une boue flottée a provoqué une acidification et des changements structuraux de la matière organique. Ainsi une faible dose (1,25 kGy) a conduit à une complexification de la matière organique alors qu’une plus forte dose (50 kGy) semble la fragiliser. La modification de la matière organique à l’issue du procédé de méthanisation concerne uniquement la fraction lipidique et notamment des acides gras. / This study investigated the influence of different treatments on the characteristics and evolution of organic matter of municipal wastewater sludge. For this, three municipal wastewater treatment plants of Vienne department were sampled.The first phase developed during the study focused on the improvement of a method for qualitative and quantitative analysis of the sewage sludge’s constituents. The presented results demonstrate the strong potential of the thermochemolysis-GCMS to characterize, without extraction, the organic matter of a raw sample.The second part of this Ph.D has focused on the influence of various treatments (drying, electron beam and methanation) on the evolution of organic matter. Thus, the thermal drying causes weakening of the organic matter while the solar drying induces its complexification and reed beds induce no significant change. The application of an advanced oxidation process on a floated sludge caused acidification and structural changes of the organic matter. A low dose (1.25 kGy) led to more complex organic matter, while a higher dose (50 kGy) seems to weaken it. The changes in organic matter induced by anaerobic digestion mainly concerned the lipid fraction, in particular fatty acids.

Intégrée dans une unité de production de sucre et d'éthanol, la digestion anaérobie peut fournir une solution écologique pour traiter la matière organique tout en fournissant l'énergie qui peut, en partie, couvrir les besoins énergétiques de l'usine. L’objet de cette thèse de doctorat est la compréhension et l’optimisation de la méthanisation des coproduits de sucrerie et de distillerie de betterave dans l’optique d’une intégration industrielle du procédé. D’une part, la faisabilité de la digestion des pulpes en mono-substrat et sans dilution en réacteur parfaitement agité a été démontrée. La digestion thermophile s’est révélée efficace et stable jusqu’à une charge organique comprise entre 5 et 5,9 kg MO/m3.j. La biodégradabilité des pulpes est élevée, le taux d’abattement de matière organique de 88,1% et la production spécifique de méthane de 0,353 Nm3 CH4/kg MO. Des contraintes technologiques spécifiques aux pulpes, comme par exemple les phénomènes de moussage ou d’abrasion des pompes, ont été mises en évidence.D’autre part, la méthanisation des vinasses en conditions mésophiles a révélé les limites du procédé parfaitement agité. La charge maximale, autour de 3 kg DCO/m3.j, a permis d’obtenir une production spécifique de méthane de 0,353 Nm3 CH4/kg MO mais l’accumulation de sels d’acides gras volatils, y compris à faible charge organique, indique un déséquilibre entre les flores acidogène et méthanogène. D’un point de vue biologique, il semble que c’est la concentration élevée en sels des vinasses (C=31,7 mS/cm et [K]=14 g/L), qui représenterait le frein principal au développement et à l’activité des microorganismes. L’utilisation du modèle AM2, qui distingue deux phases, acidogénèse et méthanogénèse, a mis en évidence un faible taux de croissance spécifique des archées méthanogènes. L’extraction partielle des sels par électrodialyse a permis de lever une partie de cette inhibition, tandis que leur dilution a permis, à charge organique équivalente, de diminuer le temps de séjour d’un facteur 4 sans altérer les performances de la méthanisation, ceci en diminuant les concentrations en acétate et propionate dans le digesteur. Pour permettre l’intensification du procédé, le recyclage des microorganismes dans le digesteur a été étudié et a permis d’atteindre une charge organique de 6 à 7 kg DCO/m3.j. Enfin, la caractérisation des digestats de méthanisation a permis d’envisager leurs différentes voies de traitement (évapoconcentration, séparation solide/liquide,…) et de vérifier leurs caractéristiques agronomiques.En perspective, Cristal Union envisage la construction d’un démonstrateur permettant de tester différentes configurations à l’échelle industrielle. Le traitement successif des coproduits selon leur disponibilité, les pulpes en campagne sucrière, puis les vinasses en intercampagne, est envisagé. Les phases de transition entre ces deux périodes ont été étudiées et la faisabilité d’une alimentation mixte, sans réduction de la charge, démontrée. Dans cette optique, notre choix se porterait sur des conditions de température mésophiles, plus favorables au traitement d’un produit tel que les vinasses. Un système de recyclage de la biomasse est alors indispensable. / The growing international demand for energy and water constitutes a significant challenge for modern industry. Integrated in a sugar and ethanol factory, anaerobic digestion can provide an environmentally friendly solution by using organic matter co-products to provide energy that can partially cover the factory’s needs. The purpose of this doctoral thesis is the study of the anaerobic digestion of sugar beet pulps and distillery vinasses. We used a multiscale approach to achieve the two main objectives: understanding the biological phenomena involved and analyzing the technological problems that can occur in the digesters. We first demonstrated the feasibility of the anaerobic digestion of beet pulps in a continuously stirred tank reactor (CSTR) without water addition. Thermophilic digestion was effective and we achieved a high degradation of pulps with satisfactory biogas yields. The thermophilic process could operate stably up to an organic loading rate of 5 to 5,9 kg VS.m-3.d-1. The biodegradability of pulps was very high and allowed to obtain a VS destruction of 88,1% with a specific methane production of 0,353 Nm3 CH4.kg-1 VS. Next, the mesophilic anaerobic digestion of vinasses revealed the limits of the CSTR process for the treatment of this high strength distillery wastewater. The maximum loading rate reached was between 2 and 3 kg COD.m-3.d-1, with a specific methane production of 0,344 Nm3 CH4.kg-1 VS. However, the accumulation of volatile fatty acid salts, even at low organic loading rates, indicated an imbalance between acidogenic and methanogenic microflora. From a biological perspective, we assumed that the high salt concentration of vinasses (up to 41,3 mS/cm) is the main obstacle to the development and activity of microorganisms, as a two-reaction model (AM2) showed low specific growth rate of methanogens. The partial extraction of salts by electrodialysis allowed to remove a part of this inhibition, while their dilution led, at equivalent organic loading rate, to the reduction of the residence time by a factor 4. This was achieved without decreasing methane yield, while also reducing concentrations of acetate and propionate in the digester. To enable process intensification, biomass recycling in the digester, after the centrifugation, was tested to compensate for their low specific growth rates; loading rates reached 7 kg COD.m-3.d-1. We subsequently put in place a strategy for digesters control, to ensure effective monitoring. Finally, we had to characterize the digestates and to consider their different treatment paths. (evapoconcentration, solid / liquid separation, ...) before final valorization. For the industrial scale up, we envisage the successive treatment of the coproducts according to their availability: pulps during the sugar campaign and then vinasses in the intercampaign. As such, we also studied the transition periods and demonstrated the feasibility of a mixed feed, without reducing the loading rate. For such a project, we would choose mesophilic temperature conditions, more favorable for the treatment of a product like vinasses. A system for biomass recycling, whose efficiency was demonstrated, must be installed when the vinasses are treated. The system needs to be compatible with the treatment of the two substrates proposed, for example centrifugation or filtration.