L'objectif général de ce travail était l'étude de la dénitrification de milieux concentrés en nitrate d'ammonium par une population bactérienne mixte. La première partie a été consacrée à la sélection de souches bactériennes performantes. Le système bactérien étudié est composé de Pseudomonas halodenitrificans et Alcaligenes xylosoxidans ssp. denitrificans. Pour comprendre le comportement respectif des deux souches en présence de nitrates, une étude cinétique et physiologique a été menée lors de cultures discontinues et continues en réacteur parfaitement agité de 2 litres. La souche Pseudomonas halodenitrificans réduit les nitrates sans accumulation d'intermédiaires de la dénitrification dans le milieu de culture, par contre, la souche, Alcaligenes xylosoxidans accumule de façon transitoire les nitrites. L'étude physiologique s'est portée sur la caractérisation des deux premières enzymes de la dénitrification: la nitrate et la nitrite réductase. Les deux activités enzymatiques ont été suivies au cours de cultures discontinues. Dans la seconde partie, une étude cinétique et physiologique de la population mixte a été réalisée. Le comportement de la population mixte face à des modifications environnementales comme l'augmentation des concentrations en nitrates et en sels (NaCl, Na2 SO4 et NH 4Cl) a également été étudié. Les différentes études ont abouti à l'élaboration de modèles mathématiques fondés sur la loi de Monod. La dernière partie a consisté à la mise en oeuvre de la population mixte en réacteur à lit fluidisé à biofilm de 50 litres. L'étude préliminaire a montré que le comportement hydrodynamique du réacteur est de type parfaitement mélangé et le choix du support bactérien s'est porté sur la pouzzolane (lave volcanique d'Auvergne). Les différentes cultures ont permis d'obtenir des vitesses de dénitrification supérieures à 14,7 kg nitrates/m3.j avec une efficacité d'élimination de 100 %. Enfin un système de régulation de l'apport en source carbonée basé sur la valeur du potentiel redox a été mis au point.