L'hydrogene a un fort potentiel en tant que source polyvalente et non-polluante d'energie du futur. La production de biohydrogene par voie fermentaire dite 'sombre' est l'un des processus biologiques de production les plus prometteurs, mais son application est pour l'instant contrainte notamment par des cinetiques et des rendements de production d'hydrogene qui restent relativement faibles. Ce qui pour l'instant restreint toute application industrielle. Dans ce travail de these, nous avons cherche a optimiser la production d'hydrogene par fermentation 'sombre' avec Thermotoga neapolitana. Les principaux objectifs etaient d'ameliorer la cinetique et de maintenir un rendement eleve de production en hydrogene en utilisant differentes approches pour contrecarrer les limites des processus et prevenir les inhibitions les plus significatives. En outre, le developpement d'un procede a mode continu potentiellement applicable a l'echelle industrielle a ete etudie. Une augmentation de la concentration initiale de la biomasse de 0,46 a 1,74 g masse seche/L dans des bioreacteurs discontinus a entraine un doublement de la cinetique de production d'hydrogene jusqu'a 654 (± 30) mL/L/h sans affecter negativement les rendements de production d'hydrogene. Cependant, alors que la productivite volumetrique augmente, la cinetique specifique de production d'hydrogene (i.e. par unite de biomasse) est negativement correlee aux cinetiques de production d'hydrogene et a la concentration de biomasse. Par la suite, nous avons etudie la sursaturation en hydrogene de la phase liquide (H₂aq) dans des bioreacteurs discontinus. a une agitation de 100 tr/min, H₂aq est sursature jusqu'a 3 fois la concentration a l'equilibre. L'augmentation de la vitesse d'agitation diminue la concentration de H₂aq jusqu'a atteindre un equilibre entre l'hydrogene en phase gazeuse et phase liquide pour une agitation a 500 tr/min et de faibles concentrations en cellules microbiennes. Une augmentation de 200 a 600 tr/min a reduit progressivement l'H₂aq de 21,9 (± 2,2) a 8,5 (± 0,1) mL/L et a presque double cinetique de production d'hydrogene, revelant une correlation directe entre les deux parametres. De meme, l'ajout de materiaux supports type AnoxKaldnes^TM et la recirculation de biogaz riche en H₂ a permis de limiter l'accumulation de H₂aq. En augmentant la concentration de biomasse dans les reacteurs jusqu'a 0,79 g masse seche/L, la recirculation de biogaz riche en H₂ s'est revelee plus efficace pour diminuer la concentration en H₂aq que l'agitation a 500 tr/min. L'application de la recirculation de biogaz riche en H₂ combinee a une agitation de 300 et 500 tr/min a augmente la cinetique de production d'hydrogene d'environ 260% a 850 (± 71) mL H₂/h/L, par rapport a une agitation a 300 tr/min, atteignant un rendement de 3,5 mol de H₂/mol de glucose. Nous avons demontre qu'un transfert de masse gaz-liquide insuffisant conduit a une accumulation de H₂aq qui affecte le rendement de production d'hydrogene et la cinetique de le fermentation 'sombre'. Dans la phase finale de cette these, nous avons reussi a maintenir la production d'hydrogene a debit continu. L'augmentation de la concentration de glucose comme substrat entrant de 11,1 a 41,6 mM a conduit a une diminution des rendements de production en hydrogene de 3,6 (± 0,1) a 1,4 (± 0,1) mol H₂/mol de glucose. La cinetique de production en hydrogene a augmente simultanement jusqu'a environ 55 ml/L/h pour une concentration de 27,8 mM de glucose, tandis qu'une augmentation supplementaire du glucose entrant, a 41,6 mM, n'a pas augmente les cinetiques de production en hydrogene et les concentrations dissoutes en acides amines. Pour determiner si des concentrations elevees d'acides amines sont susceptibles de limiter les processus biologiques, la concentration en acides amines entrante a ete progressivement augmentee. Cependant, cela n'a revele aucun effet negatif sur la fermentation 'sombre' en mode continue jusqu'a 240 mM d'acides amines et, tout au long des 110 jours de fermentation 'sombre' en mode continu alors que les rendements de production en hydrogene ont augmente de 47%. La reduction du temps de sejour hydraulique (TSH) de 24 a 7 h a egalement entraine une augmentation de la cinetique de production en hydrogene de 82 (± 1) a 192 (± 4) mL/L/h, tout en diminuant le rendement. De maniere concomitante, le H₂aq accumule est directement correle cinetique de production en hydrogene atteignant 15,6 mL/L pour un TSH de 7 h et une agitation de 500 tr/min. L'application de la recirculation de biogaz riche en H₂ a efficacement neutralise la sursaturation en H₂aq et a permis d'obtenir une cinetique de production en hydrogene plus elevee de l'ordre de 277 mL/L pour un TSH de 5 h. (auteur)