Cette thèse a pour but de développer une approche innovante et un système avancé intégrant "membrane et oxydation" pour le traitement des eaux. La principale innovation de cette étude réside dans l’utilisation d’une configuration monophasique où l’ozone est solubilisé à forte concentration en amont de la membrane dans une eau pure ou à faible demande en ozone. Le choix des membranes s’est porté sur des membranes organiques qui sont moins coûteuses que les membranes céramiques (mais cependant moins résistantes chimiquement). La première partie de ce travail s’est donc focalisée sur la compatibilité de membranes organiques de NF commerciales avec l’ozone pour choisir le matériau le plus robuste et le plus résistant à l’ozone pour le couplage des procédés. Dans la deuxième partie, un pilote à l'échelle du laboratoire, combinant le procédé peroxone et la nanofiltration, a été développé afin de démontrer la faisabilité d'une telle approche les résultats obtenus ont prouvé que la configuration choisie pour le procédé hybride présente différents avantages. Tout d'abord, le mélange de la solution préozonée et de l’eau à traiter dopée en peroxyde d’hydrogène permet une production intensifiée des radicaux hydroxyles dans le cœur du liquide, D’autre part, le procédé développé protège les membranes du colmatage organique, et les préserve de l’attaque de l’ozone.