Les petites stations d'épuration des eaux usées urbaines par boues activées équipées d'un aérateur mécanique de surface fonctionnent généralement, dans un but d'économie d'énergie, en aération séquentielle. L'objectif du présent travail est d'étudier et de modéliser l'influence de ces cycles d'aération sur la dégradation des pollutions carbonée et azotée solubles. L'étude du transfert d'oxygène permet de corréler linéairement la capacité d'oxygénation en eau claire avec la puissance volumique dissipée par la turbine et de tenir compte de l'influence des micro-organismes. Les aérateurs de surface doivent également maintenir en suspension les flocs bactériens : on montre notamment qu'une bonne aération n'entraîne pas forcement un bon mélangeage. D'autres expérimentations réalisées sur un pilote de laboratoire alimente par un substrat synthétique à base de viandox montrent que l'aération séquentielle permet d'obtenir une épuration correcte tout en réduisant le coût de l'assainissement ; il faut cependant éviter les trop longues périodes de non-aération qui peuvent entraîner une détérioration significative de la qualité du traitement. Un modèle (intégrant l'hydrodynamique du réacteur et du décanteur secondaire) permet de simuler de façon satisfaisante les résultats expérimentaux obtenus dans le pilote pour différentes stratégies d'aération. Cette modélisation utilise un modèle cinétique simple (inspiré de celui de l'IAWPRC) dont la plupart des paramètres sont mesurés expérimentalement.