Fort d’une croissance annuelle de l’ordre de 6%, le secteur des matériaux composites est actuellement en pleine expansion et se doit de répondre aux exigences d’un marché en constante évolution. Dans le même temps, la raréfaction des ressources pétrolières et l’augmentation de la conscience environnementale, conduisent à une demande croissante en matériaux bio-composites. Le remplacement des fibres synthétiques (fibre de verre en particulier) par des fibres naturelles engendre un intérêt certain dont les motivations principales sont la réduction de l’impact environnemental, la diminution des coûts et l’obtention d’un matériau plus léger à volume égal. Néanmoins, la faible compatibilité existante entre les fibres de cellulose hydrophiles et les matrices polymères hydrophobes, est un des inconvénients majeurs qui nuit au bon développement de ces matériaux. L’objectif de cette thèse est de développer une alternative aux fibres de verre pour l’élaboration de matériaux composites à matrice thermoplastique. Pour ce faire, l’intégration de filaments de cellulose (FC), fournis par Kruger notre partenaire industriel, a été étudiée. En plus d’apporter un côté « vert » au matériau final, les FC permettent de réduire le poids des composites par rapport à leurs homologues synthétiques. Néanmoins, la faible compatibilité entre les filaments polaires et la matrice apolaire ainsi que la grande capacité d’absorption d’eau des FC nous a conduit à développer différentes stratégies de modification chimique des FC, afin d’en accroitre le caractère hydrophobe. Ces modifications ont permis de renforcer les matériaux composites grâce à l’amélioration de l’adhésion entre les FC et la matrice, le tout en minimisant la perte de résistance mécanique causée par l’absorption d’eau. Les résultats obtenus après acétylation, alkylation et encollage sont décrits dans ce manuscrit.