La production croissante de déchets alimentaires dans le monde et des nouvelles réglementations internationales exigent le développement de nouveaux procédés pour le traitement de ce type de déchets. Parmi toutes les possibilités existantes, les procédés anaérobies représentent une approche durable qui permet le traitement et la valorisation de ces déchets. Ce doctorat vise à comprendre les processus biochimiques régissant la digestion anaérobie des déchets alimentaires, en fournissant des éléments pour le développement de procédés applicables à l'échelle industrielle.Dans un premier temps, un screening a été effectué pour élucider les paramètres principaux affectant la digestion anaérobie des déchets alimentaires, en évaluant différentes charges de substrat, teneurs en matière sèche, proportions de co-digestion et des inocula microbiens de différentes origines. Après avoir conclu l'importance cruciale de l'inoculum utilisé et de la charge du substrat, différentes stratégies de stabilisation des procédés de méthanisation ont été testées à l'aide de réacteurs discontinus consécutifs. Ce travail a permis de confirmer l'effet positif de la supplémentation des oligoéléments et à identifier le principal verrou: l'accumulation d'acide propionique. Dans le but de trouver une solution, deux expériences ont été axées sur l'évaluation de la capacité des matériaux conducteurs à base de carbone à résoudre ce problème. Le dosage de ces matériaux favorisait la cinétique de la digestion, améliorant significativement les productions volumétriques du méthane.Cette thèse fournit des connaissances nouvelles, à la fois sur les principaux mécanismes régissant la digestion anaérobie des déchets alimentaires et sur les implications qu'elles présentent pour la valorisation de ces déchets. En outre, des solutions possibles pour lever les verrous opérationnels ont été développés, permettant de fournir des recommandations pour l’implantation d’un procédé de digestion à l’échelle industrielle. / The increasing production of food waste worldwide and new international regulations call for the development of novel processes for the treatment of this waste. Among all the existing possibilities, anaerobic processes represent a sustainable-modern approach that allows waste treatment and valorization. This PhD thesis aims at understanding the biochemical processes governing anaerobic digestion of food waste, eventually providing a stable process applicable at industrial scale.As a first step, a screening was performed to elucidate the main parameter affecting anaerobic digestion of food waste, evaluating different substrate loads, solid contents, co-digestion proportions and microbial inocula from different origins. After concluding the critical importance of the inoculum used and the substrate load, different strategies for process stabilization for methane production were tested using consecutive batch reactors. This served for confirming the positive effect of supplementation of trace elements and to identify the main issue that was found: accumulation of propionic acid. Aiming at finding a solution, the final experiments were focused on assessing the capability of carbon-based conductive materials to solve this problem. The dosing of these materials favored the digestion kinetics, improving greatly the methane volumetric productivities.This thesis provides novel insights, both on the main mechanisms governing food waste anaerobic digestion and on the implications that they present for the valorization of this waste. In addition, potential solutions for the complications found are given, aiding to the development of a feasible industrial digestion process.