Ce travail traite une investigation systématique des performances du procédé membranaire cyclique par séparation gazeuse. Premièrement, l'état de l'art du procédé membranaire cyclique, les problèmes techniques et la modélisation du transfert à travers la membrane ont été exposés. Deuxièmement, les études théoriques et expérimentales existantes sur le procédé cyclique sont passées en revue. Selon la durée de pression haute et sa fraction dans un cycle, ce genre d'opération est divisé en deux classes: classes courte et longue. D'après cette classification, une analyse systématique de l'intérêt potentiel de la classe courte par rapport aux performances d'une opération en régime permanent a été accomplie par des simulations et optimisations numériques. Par ailleurs, afin d'améliorer la performance, l'usage du MMM dans un tel procédé a été discuté. En parallèle à l'étude sur la classe courte, une nouvelle conception du procédé cyclique de classe longue a été proposée. Les avantages spectaculaires par rapport aux procédés membranaires classiques ont été mis en évidence à l'aide de nos simulations et optimisations. Finalement, une validation expérimentale a été effectuée afin de fournir un support solide à cette nouvelle conception