La réutilisation des eaux usées, d'origine domestique ou industrielle, pour différents usages comme les espaces verts, l'agriculture, les recharges de nappes... est aujourd'hui en pleine expansion dans un contexte de développement durable (préservation des ressources en eau fraîche, lutte contre la gaspillage...) Les stratégies actuelles reposent essentiellement sur l'abattement des concentrations en polluants à des seuils très bas (par des traitements relativement coûteux), indépendamment de l'usage effectif qui sera fait de l'eau retraitée. Nous montrons comme une approche intégrée de la chaîne "multi-sources" / "multi-usages" de l'eau réutilisée permettrait une gestion plus durable de ces ressources, et comment cela débouche sur de nouvelles attentes en modélisation, simulation, commande et optimisation pour proposer et évaluer de nouveaux scénarios pour de demain.