L'invention concerne une membrane nanocomposite, à base de carbone, perméable aux gaz, qui comprend une matrice carbonée nanoporeuse comprenant un polymère pyrolysé, et une pluralité de nanoparticules de carbone ou un composé inorganique disposé dans la matrice. La matrice est préparée par pyrolyse d'un polymère, et des nanoparticules de la matière particulaire sont disposées dans le polymère avant pyrolyse. Les particules peuvent être disposées dans un précurseur du polymère, lequel précurseur est par la suite polymérisé, ou dans le polymère lui-même.