L'objectif de cette thèse est d'évaluer le concept d'un dispositif intégré comprenant un bioréacteur à biofilm fluidisé bio-augmenté, couplé à une membrane de nanofiltration de type polyelectrolyte multicouche, destiné à éliminer les micropolluants en traitement tertiaire des eaux usées domestiques, traitées conventionnellement. Les résultats montrent que, pour des micropolluants ciblés, chacun des procédés est efficace comme traitement tertiaire. Les mécanismes biologiques et de rétention membranaires sont explicités. Cependant des challenges restent à relever en particulier pour l'étape de bio augmentation (survie et implantation de la souche apportée) pour une exploitation de cette étape. D'autre part, des investigations plus poussées sont nécessaires à l'élaboration d'une membrane fiable et robuste. Un tel procédé couplé MBBR-NF pourra alors être entièrement justifié dans le contexte d'une élimination performante de micropolluants ciblés. Il aura toute sa place dans le panel des technologies vertes pour la préservation de l'environnement. / This thesis aims at answering whether the concept of an integrated layout comprised of a coupled "bioaugmented moving bed biofilm reactors (bMBBRs) - polyelectrolyte multilayer (PEM)-based nanofiltration (NF) membrane" can be considered as a promising technology to eliminate target MPs from conventionally-treated municipal wastewater. Results presented herein indicate that each given component of the layout is efficient in the tertiary removal of MPs. Still, several challenges ahead of the process bioaugmentation (such as the survival and maintenance of inoculated strains) must be in-depth studied to find convenient operating solutions. On the other hand, further investigations are definitely needed to achieve a robust PEM-based membrane as a long-lasting technology. Even though a coupled bMBBR-NF system for enhanced MPs removal can be experimentally justified is, however, practically questionable. "The tale of bMBBR-NF" deserves much more scientific endeavors as plenty of environmental considerations are placed in, whereby achieving a future Green technology will not be far from our expectation.