La technologie de traitement des eaux usées domestiques par bioréacteurs à membranes (BRM) immergées se développe fortement en France pour équiper les stations de traitement des eaux usées domestiques. La présente étude vise à déterminer les avantages des BRM vis-à-vis de l’élimination des substances prioritaires et émergentes. Dans ce but, des campagnes d’échantillonnage ont été réalisées par temps sec sur trois installations équipées de bioréacteurs à membranes à fibres creuses ou bien à membranes planes. Des expérimentations en réacteur séparé (boues dopées en micropolluants placées en conditions contrôlées) ont permis de préciser les processus de sorption et de biodégradation des micropolluants, en vue d’une modélisation de l’élimination. Au total, 24 métaux et 66 substances organiques ont été analysés (hydrocarbures aromatiques polycycliques, alkylphénols, pesticides, substances pharmaceutiques et hormones) par des méthodes analytiques robustes et sensibles. Les rendements de la file Eau ont été déterminés pour 61 micropolluants : 43 micropolluants ont été bien à très bien éliminés de l'eau (> 70%, voire > 90%), dont le cuivre, le plomb, le chrome, le nickel, le zinc, ainsi que plusieurs HAP, alkylphénols, médicaments et hormones, soit par piégeage des matières en suspension et transfert dans les boues, soit par biodégradation. 26 micropolluants ont été partiellement à faiblement éliminés (< 70%, voire < 30%), dont l’arsenic et le cadmium, ainsi que plusieurs micropolluants organiques y compris 7 médicaments (propranolol, sotalol, roxithromycine, sulfaméthoxazole), fluoxétine, diclofénac, carbamazépine) et le diuron. La présente étude démontre que les BRM induisent une élimination supplémentaire pour 22 micropolluants par rapport aux procédés conventionnels comme les boues activées aération prolongée, mais ce gain d’élimination est faible (< 20%). Ce gain concerne certains des micropolluants généralement adsorbés aux matières en suspension (ex. certains métaux ou HAP), et quelques médicaments (i.e., sotalol, roxithromycine, propranolol, timolol). Pour 38 autres micropolluants (en particulier pour les hormones, les détergents et la majorité des pharmaceutiques d’origine domestique notamment le diclofénac), les performances d'élimination par les BRM sont similaires à celles des boues activées aération prolongée fonctionnant à charges massiques appliquées équivalentes (sous-chargées). Un modèle cinétique a été développé, et simule correctement les concentrations de 51 micropolluants dans les rejets de BRM. Nous estimons qu’une faible augmentation du rendement serait possible (jusqu’à 15 unités supplémentaires) pour 6 micropolluants seulement, ceci en augmentant la concentration en matières en suspension dans les BRM. Pour diminuer les concentrations des micropolluants les plus réfractaires (non adsorbables et/ou non biodégradables) dans les rejets, les actions de réduction à la source ou la mise en place de traitement complémentaire sont donc indispensables, même pour les STEU équipées de BRM.