Les microalgues représentent une source prometteuse de biomasse pour la production d'énergie renouvelable comme alternative aux combustibles fossiles. La liquéfaction hydrothermale (HTL) est un moyen de convertir la biomasse algale humide en biocarburant. L'HTL produit un bio-brut et un sous-produit, la phase aqueuse (AP). Cet effluent représente une riche source de nutriments pour la culture des microalgues, mais sa toxicité limite son recyclage. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ANR RAFBIOALG, qui étudie chaque étape de la conversion globale de la microalgue en biocarburant par HTL. L'objectif spécifique de cette thèse était d'étudier le potentiel et les limites du recyclage de l'AP pour la production de nouvelle biomasse microalgale. Pour ce faire, la première étape a consisté à sélectionner une souche de microalgue permettant la production d'un intrant de haute qualité pour l'HTL. Cette première étude a comparé la qualité de la biomasse et la teneur en lipides de six souches de Chlorellaceae. Chlorella vulgaris NIES 227 s'est distinguée comme une souche idéale pour les biocarburants à base de lipides. Elle a produit 54% de lipides en conditions phototrophiques et avait le contenu énergétique le plus élevé.Pour réussir à utiliser l'AP pour la production de biomasse, il a fallu évaluer la tolérance des microalgues et l'impact de l'AP sur la qualité de la biomasse. La réponse des microalgues à l'AP a été suivie au cours de quatre cycles de croissance, suivis d'un cinquième cycle prolongé. Les résultats ont montré que quelques cycles d'acclimatation à l'AP permettaient d'améliorer le taux de croissance des microalgues. L'utilisation de l'AP comme substrat a réduit les besoins des souches en nutriments (N, S et P) tout en produisant entre 2,95 et 4,27 g/L de biomasse ayant une teneur en lipides entre 16% et 36%. Cependant, la présence d'AP a donné lieu à une biomasse aux propriétés non optimales, car elle a réduit la production de biomasse, ralenti l'accumulation de lipides et donc réduit le contenu énergétique global de la biomasse dans toutes les souches. C. vulgaris NIES 227 a conservé la meilleure productivité lipidique et le meilleur profil lipidique pour l'HTL parmi les souches testées.Le recyclage de l'AP a donc favorisé la croissance des microalgues, mais d'autres mesures ont été nécessaires pour atténuer ses effets inhibiteurs : réduction des performances photosynthétiques et du taux de croissance, et biomasse de moindre qualité pour la HTL. Pour atténuer cette inhibition, l'évolution adaptative en laboratoire (ALE) a été étudiée via des dilutions successives et en mode turbidostat sur C. vulgaris NIES 227. Ces deux méthodes ont permis de compenser efficacement la toxicité de l'AP observée chez la souche sauvage. Les deux souches ALE produites, cultivées en AP, ont maintenu des productivités (0,310 et 0,258 g/L/j) de biomasse riche en lipides (37 et 56% respectivement) pour la conversion par HTL, proche de la souche sauvage en milieu contrôle avec 0,261 g/L/j et 60 % des lipides. Il est intéressant de noter que la tolérance acquise par les souches adaptées a persisté après l'élimination de l'AP et dans des conditions axéniques. Cette thèse souligne l'importance de la sélection et de l'optimisation des souches, qui restent stratégiques pour la production de sources d'énergie durables. Les résultats prometteurs de C. vulgaris NIES 227 pour la production de biocarburant à partir de lipides soulignent la nécessité d'une recherche et d'un développement continus dans ce domaine. En outre, l'ALE apparaît comme une approche prometteuse pour améliorer la tolérance des microalgues à la toxicité de l'AP, qui peut être mise en œuvre pour gérer d'autres composés toxiques ou des effluents contenant des inhibiteurs de croissance. Cette thèse fournit des informations et des recommandations précieuses pour le recyclage réussi de l'AP, contribuant ainsi à la transition vers des sources d'énergie durables.