Ce travail de thèse présente une étude approfondie de la chimie de l’oxyde de graphène (OG) par différentes méthodes de caractérisation physico-chimiques pour mieux comprendre l’origine de ses propriétés acides ainsi qu’une étude de ses propriétés catalytiques par comparaison à l’acide 12-tungstophosphorique H3PW12O40 pour convertir le fructose en HMF et ses dérivés en milieux aqueux ou alcoolique. De plus, l’influence de la nature d’un support carboné (le graphite et le charbon actif) pour supporter l’OG sur ses propriétés acides et catalytiques est étudiée. L’OG a été préparé à l’échelle du litre par la méthode de Hummers modifiée, puis séché par lyophilisation. Les caractérisations texturales et structurales ont confirmé la reproductibilité de la synthèse. D’autres caractérisations ont été réalisées en ciblant la compréhension de l'influence des prétraitements thermiques sur les groupes oxygénés de l’OG et sur ses propriétés acides. Cela au moyen de plusieurs méthodes de caractérisation ; l’étude par FTIR de l'adsorption de pyridine et des échanges avec D2O, la calorimétrie de l'adsorption de NH3 et l’XPS. Les résultats obtenus ont montré que la détérioration de l'acidité de Bronsted de l’OG n'a lieu que lorsque le traitement thermique conduit à une décarboxylation de l'OG à une température supérieure à 150 °C sous vide. Nos résultats consolident notre hypothèse selon laquelle la présence de protons « libres » dans la structure de l’oxyde de graphène est à l’origine de son acidité forte. En catalyse, l’oxyde de graphène a montré son efficacité pour convertir le fructose dans le méthanol en lévulinate de méthyle. Les catalyseurs à base d’OG supporté sur le graphite ont conservé les propriétés acides et catalytiques de l’OG en présentant l’avantage d’être moins électrostatique.