Le dessalement de l'eau de mer par osmose inverse (OI) est l'une des solutions pour répondre à la demande mondiale croissante d'eau douce. Cependant, il subsiste au moins deux défis majeurs : (i) la limitation du colmatage des membranes et (ii) la maîtrise de la rétention des micropolluants organiques présents dans les eaux à traiter pour assurer la potabilité de l’eau traitée. Le colmatage des membranes d’OI peut être limité en pré-traitant l’eau à filtrer (traitements physicochimiques, microfiltration) et en augmentant l’hydrophilie des matériaux membranaires. La maîtrise de la rétention des micro-polluants organiques passe par une meilleure compréhension fondamentale des origines des transferts à travers les membranes d’OI polymères qui sont actuellement les plus performantes pour le dessalement. Le but de ce travail est de contribuer à apporter des réponses à ces différents niveaux. Les travaux de thèse se sont déroulés selon 3 axes : (i) élaboration de membrane de microfiltration à faible coût en argile naturelle marocaine, utilisée comme membrane MF de prétraitement d’eau de mer puis comme support pour élaborer une membrane d’ultrafiltration par greffage d'oxyde de graphène (GO). (ii) élaboration de membranes auto-supportées à matrice mixte en PES et de GO, utilisées pour la filtration de sels, de petites molécules organiques et d’effluent modèle. Les membranes PES/GO se colmatent moins que les membranes PES. Leur résistance au chlore a été évaluée. (iii) étude de la rétention de deux micropolluants modèles (colorant, vitamine) dans de l’eau de mer synthétique. Les micropolluant modèles était deux molécules organiques de poids moléculaire proche (≈ 270 g.mol-1) de charge opposée et d’hydrophobie comparable.