L'invention a pour objet un faisceau de fibres creuses destiné à constituer la membrane d'un appareil pour le traitement du sang ou du plasma par circulation extracorporelle, caractérisé en ce que : - la répartition des fibres creuses dans le faisceau est hétérogène, et - le diamètre interne et l'épaisseur de la paroi des fibres creuses situées dans les zones les plus denses en fibres creuses sont supérieurs, respectivement, au diamètre interne et à l'épaisseur de la paroi des fibres creuses situées dans les zones les moins denses en fibres creuses. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel faisceau et un appareil comprenant un tel faisceau.