La perméation de vapeur, procédé de séparation utilisant des membranes denses constitue une alternative attrayante pour épurer les effluents gazeux faiblement chargés en composés organiques volatiles (COV). Son principe repose sur l'extraction préférentielle de composés organiques, qui présentent une meilleure affinité pour le polymère, le transfert de matière étant rendu possible par une différence de pression imposée de part et d'autre de la membrane. Une cinquantaine d'unités industrielles sont déjà en fonction principalement pour traiter des hydrocarbures mais les connaissances théoriques et la compréhension des phénomènes permettant un dimensionnement rationnel sont encore insuffisantes. L’objectif de ce travail est d'étudier l'extraction de solvants oxygénés (acétone et acétate de méthyle) de l'air à l'aide de membranes de polydiméthylsiloxane (PDMS). La compréhension du mécanisme global de transfert à travers la membrane imposait une étude approfondie de la sorption, comprenant une analyse des mesures expérimentales et une tentative de modélisation (binaire et ternaire) à l'aide de modèles existants. Une méthode récemment développée, utilisant la chromatographie en phase gazeuse pour évaluer les coefficients de sorption, à par ailleurs été expérimentée. D’autre part, le développement d'un nouveau test de cohérence thermodynamique applicable aux équilibres polymère réticule / solvant a permis la validation des résultats de sorption obtenus. Différents paramètres opératoires intervenant sur les performances du procédé ont ensuite été étudiés : le type de membrane, la nature du COV, la pression et la température. Finalement, la modélisation du procédé a été abordée : les modèles couramment proposés et une nouvelle approche ont été comparés et confrontés aux résultats expérimentaux obtenus. Les modèles ont enfin été mis à profit pour dimensionner un module de perméation, de manière simplifiée.