L'objectif de la présente thèse a été d'étudier les possibilités de valorisation des déchets de biomasse (Penicillium oxalicum var. Armeniaca, Tolypocladium sp.) issus de procédés de fermentation en tant que biosorbants du plomb, du cadmium, du mercure et du chrome hexavalent. Alors que la biomasse de Tolypocladium (biomasse T) a été utilisée en l'état, la biomasse de Penicillium a dû subir un traitement alcalin (biomasse P3). Dans un premier temps, la biosorption a été étudiée à partir de solutions synthétiques monométalliques. Le pH initial optimal pour les espèces cationiques est proche du pH neutre, alors que celui de l'espèce anionique est inférieur à 3 (milieu acide). Le biosorbant P3 a montré des capacités de fixation plus importantes pour tous les métaux étudiés par rapport au biosorbant T. Les capacités maximales de fixation peuvent atteindre, dans des conditions opératoires optimales, 270 mg Hg g-1 biomasse P3 (à pH 5), 160 mg Hg g-1 biomasse T (à pH 7), 70 mg Cr(VI) g-1 biomasse P3 (à pH 3) et 55 mg Cr(VI) g-1 biomasse T (à pH 2). Ces valeurs figurent parmi les valeurs les plus élevées citées dans la littérature. Au contraire pour le plomb et le cadmium les performances sont décevantes. La cinétique de biosorption du mercure et du chrome est du second ordre. L'influence des phénomènes de diffusion sur la vitesse globale du procédé a été largement discutée. Pour les espèces cationiques, le mécanisme de chélation des métaux sur les groupes aminés a été proposé pour la biomasse P3, alors que l'échange d'ions sur les groupes carboxyliques s'est révélé plus probable pour la biomasse T. Pour ce qui concerne les espèces anioniques (ions chromates) la fixation procède par attraction electrostatique sur les groupes aminés protonés. Concernant la biomasse T, le mécanisme combiné d'adsorption/réduction observé pendant les expérimentations en régime statique n'a pas été clarifié. La biosorption à partir de solutions mixtes a été également étudiée. La sélectivité de la biomasse P3 pour le mercure a été confirmée. Aucun mécanisme de compétition n'a été identifié. Le travail expérimental s'est conclu par des expérimentations en régime dynamique (colonne à lit fixé) en utilisant la biomasse de Tolypocladium, immobilisée sur une terre des diatomées. Le procédé est contrôlé par diffusion intraparticulaire. Les courbes de percée dépendent de plusieurs paramètres tels que la concentration initiale et le diamètre des particules.