Dans le cadre de la loi sur la transition énergétique pour la croissance verte (Loi n° 2015-992 du 17 août 2015), l'objectif majeur est de réduire la consommation énergétique de 50 % d'ici à 2050. Une des approches pour atteindre cette ambition repose sur l'utilisation des énergies renouvelables et de récupération. Dans le domaine du traitement des eaux usées, la valorisation énergétique des boues par digestion anaérobie offre une perspective intéressante. À l'échelle de l'agglomération parisienne, cette méthode permet de produire annuellement plus de 80 millions de mètres cubes de biogaz, provenant de plus de 70 % des boues générées. Cependant, une évaluation précise du potentiel méthanogène des boues demeure cruciale pour la gestion efficace de ces procédés et la conception d'installations industrielles adaptées. Le protocole classique, bien que précis, s'avère long et coûteux, ce qui le rend inapproprié pour une surveillance en temps réel des procédés de méthanisation. Pour remédier à cette limitation, des méthodes alternatives rapides, telles que la spectroscopie proche infrarouge (SPIR), ont été développées. Malheureusement, la SPIR nécessite généralement une préparation préalable des échantillons, notamment leur déshydratation, ce qui la rend difficile à appliquer en ligne pour l'acquisition de données en temps réel. Ces travaux visent à développer une méthode spectroscopique nécessitant moins de temps de préparation des échantillons, voire une analyse en ligne plus rapide. Cette thèse explore la possibilité d'analyser les boues de station d'épuration en utilisant la spectroscopie de fluorescence tridimensionnelle (SF3D) pour prédire le potentiel méthanogène et d'autres paramètres physico-chimiques, dans le but d'optimiser la digestion anaérobie en STEU en temps réel. Le premier volet de la thèse explore la possibilité de déterminer le potentiel méthanogène des boues séchées grâce à une extraction séquentielle de la matière organique à l'eau ultrapure. Des résultats prometteurs ont été obtenus en utilisant les intensités de fluorescence mesurées dans les extraits en SF3D comme variables explicatives du potentiel méthanogène des boues. Le second volet de cette thèse porte sur les boues épaissies après centrifugation. Les boues épaissies sont déshydratées et analysées en SPIR, tandis que le centrat est analysé en SF3D. L'hypothèse principale est qu'un équilibre chimique se forme entre la matière organique dissoute dans le centrat et la matière organique dans les boues épaissies avant la centrifugation. Les modèles prédictifs du BMP obtenus grâce à la PLS en utilisant les intensités de fluorescence mesurées en SF3D dans les centrats sont de très bonne qualité. Cette méthode est très prometteuse pour une future mise en ligne. L'objectif du troisième volet de la thèse est de pouvoir suivre en temps réel l'état des digesteurs et éventuellement danticiper de futurs dysfonctionnements (ratio acide gras volatils/titre alcalimétrique complet (AGV/TAC), le ratio acide acétique/acide propionique). Pour ce faire, deux pilotes de digestion en voie liquide ont été suivis à l'aide de la SF3D et d'analyses physico-chimiques. Les résultats ont montré qu'en utilisant cette méthode, il n'a pas été possible de prédire ou de suivre les différents critères. Cependant, nous avons pu observer quune augmentation trop importante de la concentration en AGV ou du ratio AGV/TAC entraînait des modifications des signaux de fluorescence mesurés quelques jours après ces dysfonctionnements.