Mesure du vide : Mesure des pressions partielles

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RÉSUMÉ

Le vide est caractérisé par une atmosphère gazeuse à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Mais la plage de pressions est très large entre la pression atmosphérique et l'ultra-vide. La mesure du vide est de plus en plus difficile à mesure qu'on s'écarte de la pression atmosphérique et requiert des appareils de mesure très différents suivant les niveaux de pression. Les manomètres décrits dans cet article sont les appareils utilisés en laboratoire ou dans les installations industrielles.

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Auteur(s)

Denis PERRILLAT‐AMÉDÉ : Ingénieur ENSMM (École nationale supérieure de mécanique et des microtechniques) - Ex‐ingénieur d’études « Vide secondaire et ultravide », CIT Alcatel.

INTRODUCTION

Cet article actualise l’article précédemment rédigé par Pierre DUVAL, ancien chef du service Études‐Vide CIT‐Alcatel, dont il reprend de larges extraits.

Ce que l’on nomme couramment le vide est constitué par le domaine des atmosphères gazeuses dont la pression est inférieure à la pression atmosphérique. Il faut être bien conscient que, dès que l’on s’écarte notablement de la pression atmosphérique, « mesurer le vide » est une opération difficile : de la pression atmosphérique à l’ultra‐vide, la plage à mesurer s’étend sur 15 à 16 décades, et l’on conçoit facilement qu’il faut se résigner à utiliser plusieurs appareils de mesure de types différents pour couvrir une étendue aussi considérable.

Par souci de commodité, on découpe assez arbitrairement le domaine du vide en intervalles de pression P, auxquels on donne par convention les noms suivants :

vide primaire10²Pa < P < 10⁵Pa ;
vide moyen10 ^–1Pa < P < 10²Pa ;
vide poussé10^–5Pa < P < 10^–1Pa ;
ultra‐videP < 10^–5Pa.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

Version archivée 1 de juil. 1978 par Pierre DUVAL
Version archivée 2 de avr. 1984 par Pierre DUVAL
Version courante de nov. 2024 par Frédéric BOINEAU

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-r2050

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Problèmes d’étalonnage

3. Mesure des pressions partielles

Il existe de nombreux cas d’utilisation d’appareils sous vide où la connaissance de la composition de l’atmosphère raréfiée est aussi importante que la mesure de sa pression totale. On peut citer, à titre d’exemple, la fabrication de résistance de nitrure de tantale par pulvérisation cathodique, où les impuretés modifient sensiblement la résistivité des couches déposées. On a donc besoin, pour cette analyse, de spectromètres adaptés au fonctionnement sous vide, qui sont en général électromagnétiques (spectromètres de masse).

3.1 Analyseurs de gaz

Comme leur nom l’indique, les spectromètres de masse sont des appareils qui trient les molécules en fonction de leur masse. Pour ce faire, on opère sur des ions dont la trajectoire dans un champ électromagnétique est déterminée par la valeur du champ lui‐même, l’énergie des ions et le rapport m /q de la masse de l’ion à sa charge. On voit donc que, dans un champ donné, la trajectoire ne sera déterminée que par le rapport m /q.

La spectrométrie de masse constitue une technique difficile ; nous décrirons sommairement le principe des principaux appareils utilisés pour la mesure des pressions partielles dans les systèmes sous vide. Pour plus de détails, le lecteur se reportera à l’article [61] des Techniques de l’Ingénieur, ainsi qu’aux références [22] à [29].

Un spectromètre de masse comprend deux parties principales :

une source d’ions ;
un système analyseur.

Dans les appareils destinés à la mesure des pressions partielles, la source d’ions est du type à cathode chaude et à tension d’accélération variable.

C’est après la production des ions que des différences importantes apparaissent au niveau du système d’analyse. Les analyseurs les plus fréquemment utilisés sont de deux types :

les spectromètres à déflexion magnétique ;
les analyseurs quadripolaires.

Dans les spectromètres à déflexion magnétique, on injecte les ions, venant de la source d’ions, dans un champ magnétique qui est orthogonal à leur trajectoire initiale (figure 17)....

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