L'invention concerne un procédé et un dispositif de séparation de dioxyde de carbone à partir d'un mélange de gaz respiratoire au moyen d'une membrane "support de sites fixes".Dans le dispositif, le mélange de gaz respiratoire est amené à passer sur le côté d'une membrane sélective semi-perméable, pourvue de groupes amine liés de façon covalente à un polymère, à travers laquelle un transport des composants du mélange gazeux peut s'effectuer, la membrane étant sélectionnée de telle sorte que la perméabilité au CO2 est nettement supérieure à la perméabilité aux autres composants gazeux du mélange de gaz respiratoire, et qu'elle est équipée de moyens de guidage du gaz faisant passer le mélange gazeux unilatéralement sur la membrane, la membrane séparant l'un de l'autres des volumes dans lesquels règnent différentes pressions partielles du CO2.