La modélisation, la simulation et l'optimisation de différentes filières de traitement des eaux usées industrielles par la méthode du couplage de procédés ont été étudiées afin de comparer leurs performances épuratoires, d'une part, et d'évaluer les dépenses énergétiques et économiques associées d'autre part. Pour cela, trois effluents caractéristiques de l'industrie microélectronique ont été sélectionnés. Dans un premier temps, une étude bibliographique a permis de déterminer les données d'entrées de chacune des filières étudiées (débits, composition) ainsi que les procédés de traitement conventionnels employés. Les filières de traitement classiques des trois effluents ont ensuite été simulées sur ProSimPlus®. En fonction des fonctionnalités disponibles du logiciel (modules, constituants, modèle thermodynamique), certains procédés ont été modélisés et/ou développés à partir de données physiques, chimiques et cinétiques issues de la littérature. Dans un second temps, de nouvelles filières de traitement ont été proposées pour chacun des effluents considérés. Pour ces nouvelles filières, de nouveaux procédés ont été modélisés puis simulés sur ProSimPlus®. Les différentes couplages mis en œuvre ont permis selon l'effluent considéré, d'affiner le traitement permettant ainsi d'atteindre les limites de rejets fixées en milieu naturel ou en zone sensible à l'eutrophisation, mais également de réduire les consommations en réactifs et énergétiques, validant ainsi l'intérêt des couplages. Aussi, la valorisation de certains sous-produits de traitement a permis une économie significative sur les coûts d'investissement.