Dans un contexte environnemental où la pression s’accroît en termes de besoins énergétiques et de lutte contre le réchauffement climatique, les politiques environnementales tendent à encourager les filières de traitement biologique des déchets. La méthanisation, alliant production d’énergie renouvelable et recyclage matière via le retour au sol du résidu de traitement (digestat) est un procédé de traitement en plein essor. Son développement est néanmoins lié à la qualité du produit fini et à l’innocuité du traitement pour l’environnement. Ce travail de thèse avait donc pour objectif de caractériser différents digestats de méthanisation et d’optimiser leur post-traitement par compostage afin de contribuer à l’établissement d’une filière biologique de valorisation énergétique et agronomique complète des déchets organiques non dangereux. Premièrement les données de caractérisation acquises sur un panel de résidus de méthanisation de déchets organiques ont permis d’étudier leurs propriétés au regard d’une valorisation agronomique et d’une potentielle traitabilité aérobie. La biodégradabilité résiduelle non négligeable des digestats et leur éventuelle phyto-toxicité conduisent à envisager un post-traitement par compostage afin d’aboutir à un produit organique valorisable en tant qu’amendement. Dans un deuxième temps, la simulation du procédé de compostage à l’échelle laboratoire a permis d’étudier et de proposer une optimisation de la gestion du compostage des digestats afin de garantir la qualité du produit organique et d’assurer la minimisation de l’impact environnemental du traitement.