VIDE TECHNIQUE DU

Mesure des basses pressions

À l'échelle microscopique, les chocs répétés des molécules sur les parois engendrent des forces. La pression est la somme des forces agissantes sur l'unité de surface. La présence de la température T dans la relation pV = NkT montre que la pression est une grandeur statistique. Un manomètre la transforme en grandeur macroscopique p = F/S.

La pression est toujours exprimée en valeur absolue, la pression nulle correspondant au vide parfait. On rencontre cependant, dans le domaine du vide grossier, des appareils qui mesurent la dépression. Le zéro de la pression lu sur l'appareil correspond à la pression atmosphérique, et le vide parfait à − 1 013 hPa. Dans une installation en fonctionnement, la pression varie comme la loi d'écoulement du gaz. L'emplacement d'un manomètre sera donc représentatif d'un état local. Si la mesure in situ n'est pas possible (par exemple pour des raisons de température ou d'encombrement), on ne peut que procéder à des corrélations, d'autant moins crédibles que la pression est basse. De plus en plus, la tendance est d'adjoindre à la mesure de la pression totale une mesure des pressions partielles. Faite à l'aide d'un spectromètre de masse, on peut, après calibration, être renseigné sur les proportions respectives des substances en présence. Le développement de normes de qualité impérieuses dans presque tous les domaines industriels utilisant le vide provoque une rapide croissance de cette méthode d'analyse. Comme pour tout appareil de mesure, un manomètre doit posséder certaines qualités métrologiques de base. Il faut y associer le respect des conditions d'emploi.

Il a existé un nombre considérable de modèles de manomètres, induit par la gamme dynamique extrême de la technique du vide. L'usage a retenu les plus sûrs. Ils sont répartis en trois groupes qui utilisent chacun l'un de ces principes : la volumétrie, les propriétés de transport dans les gaz, l'obtention et la détection des courants d'ions. Les manomètres volumétriques sont constitués par un volume variable au moyen d'une paroi mobile, en communication avec la pression inconnue. On lui oppose, par l'action de la paroi, une force qu'il suffit de mesurer. D'après la loi d'Avogadro, le résultat est indépendant de la nature du gaz ; la mesure est absolue. La force diminuant avec la pression, les frottements finissent par l'emporter. Le principe devient inopérant au-dessous de 10⁻⁵ hPa.

Le moyen le plus direct pour mesurer la force est d'employer une paroi liquide comme une colonne de mercure. Étant très délicate, cette manipulation est réservée à des applications spécifiques comme la métrologie. On utilise alors le plus souvent des systèmes anéroïdes (secs) : tubes ou membranes métalliques de faible épaisseur. En mesurant le déplacement par des systèmes mécaniques, la gamme accessible atteint 0,1 hPa. La gamme des mesures est très élargie en détectant les déformations de la paroi par jauge de contrainte ou effet capacitif. Ce sont des appareils précis, utilisables jusqu'à 10⁻⁵ hPa.

Le deuxième groupe de manomètres exploite les propriétés de transport dans les gaz liées aux phénomènes collisionnels. De la chaleur s'échange entre une paroi chaude et une paroi froide selon des mécanismes complexes influencés par la pression. Si l'on chauffe par effet Joule un filament tendu dans l'axe d'une enveloppe concentrique maintenue à la température extérieure, la température du filament dépend de la pression qui règne dans l'enveloppe, pour autant que les pertes de chaleur par le rayonnement et les extrémités soient faibles. On utilise à cette fin un filament de 0,1 mm de diamètre, et on limite la température à 200 ⁰C. En pratique, on rencontre le manomètre[...]