Le dimensionnement et l''optimisation énergétique des procédés de séparation dépendent fortement de la connaissance des propriétés thermodynamiques des différentes phases en équilibre. L''étude des équilibres présente un grand intérêt aussi bien du point de vue académique que du point de vue des applications industrielles pour lesquelles leur connaissance est indispensable. Ce travail présente diverses techniques expérimentales permettant la mesure de propriétés physico-chimiques et de diagrammes de phases ainsi que la modélisation des propriétés thermodynamiques de systèmes tels que les fluides pétroliers et les liquides ioniques. Dans un premier temps, une étude chromatographie présente les interactions entre composés organiques et systèmes complexes. Ensuite, l''étude des équilibres entre phases de systèmes contenant des liquides ioniques a permis d''évaluer leurs performances dans différents problèmes de séparation (désulfuration de carburants et capture de gaz à effet de serre). Enfin, nous présentons différents modèles thermodynamiques prédictifs basés soit sur les méthodes de contributions de groupes, soit sur un modèle de solvatation.