Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
On considère le vide comme l’état d’un gaz caractérisé par une pression ou une densité inférieure à celle de la pression atmosphérique prévalente. Le domaine mesurable ainsi défini, lorsqu’il existe effectivement une traçabilité au SI (Système international de mesure), est en réalité très large car il représente quatorze ordres de grandeurs.
Cet article traite des méthodes de référence qui établissent la traçabilité du vide par rapport aux étalons primaires en pression, ainsi que de la variété des instruments qui permettent de mener à bien sa mesure, du vide grossier jusqu’à l’ultravide.
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Frédéric BOINEAU : Ingénieur de recherche en métrologie du vide et des fuites gazeuses. - Docteur en métrologie du Conservatoire national des arts et métiers (Paris). - Département Masse et grandeurs dérivées du Laboratoire national de métrologie et d’essais (Paris).
INTRODUCTION
L’acception « mesure du vide » n’est plus un paradoxe dès lors que l’on a en tête la définition de la norme ISO 3529-1 qui indique que le vide est l’état d’un gaz caractérisé par une pression ou une densité inférieure à celle de la pression atmosphérique. Pour ce qui concerne sa mesure, le vide est une basse pression absolue. Le résultat d’une mesure de vide s’exprime donc en Pascals. Pour autant, posséder une habileté à réaliser des mesures de pression ne confère pas nécessairement celle à effectuer des mesures de vide, ne serait-ce que par la manière d’aborder ces domaines. En effet, dans le domaine des mesures de pression, les instruments délivrent un signal proportionnel à la pression entre une valeur nulle et une pleine échelle, que l’on visualise donc sur une échelle linéaire. Vu ainsi, sur un axe qui représenterait toute l’étendue du domaine de pression traçable au SI, entre zéro (un vide absolu conceptuel) et 1,4·10+9 Pa (pression maximum dont la traçabilité est reconnue d’après les informations disponibles sur le site internet du BIPM, Bureau international des poids et mesures, le domaine couvert par le vide ne serait même pas visible à l’œil nu.
L’appréhension du domaine du vide ne peut donc s’envisager que sur une échelle logarithmique. Considéré de la sorte, le vide mesurable se décline sur quatorze décades, entre 10–9 Pa et 10+5 Pa. D’autre part, alors que la mesure de pression repose sur l’existence d’une force mécanique macroscopique exercée par le fluide (gaz ou liquide) à laquelle les instruments de mesure sont sensibles, la mesure du vide s’appuie plutôt sur des effets physiques liés à la densité moléculaire du gaz. Aussi, l’une des difficultés, spécifique à la mesure du vide, est la non-neutralité du gaz, au sens métrologique, dans la mise en œuvre des méthodes de référence et des instruments de mesure. Par ailleurs, la production du vide requiert le plus souvent un volume en pompage ce qui implique que la pression du gaz n’est pas identique en tout point à l’intérieur de ce volume.
Cet article aborde dans un premier temps les définitions et la théorie nécessaires à la compréhension des thèmes abordés. Les méthodes de références et la traçabilité de la mesure du vide, depuis les étalons conventionnels de pression, sont ensuite présentées. Les étalons de référence émergents visant à supplanter/consolider les étalons conventionnels de pression sont également évoqués car leur principe repose sur les propriétés physiques des gaz. L’instrumentation de mesure du vide est largement détaillée avec les spécifications d’utilisation : les manomètres mécaniques communs aux domaines du vide et de la pression, les manomètres à convection thermique, à bille tournante et à ionisation. Une estimation de l’incertitude de mesure associée à la mise en œuvre des méthodes de référence ou à l’utilisation des différents instruments est indiquée. La mesure de pression partielle avec un spectromètre de masse est succinctement abordée.
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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1978 par Pierre DUVAL
- Version archivée 2 de avr. 1984 par Pierre DUVAL
- Version archivée 3 de juil. 1996 par Denis PERRILLAT‐AMÉDÉ
DOI (Digital Object Identifier)
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Mesure du vide : en pratique5. Manomètres et instrumentation
Le vide couvre les pressions inférieures ou égales à la pression atmosphérique. Des manomètres utilisés dans le domaine de la pression peuvent parfaitement l’être également dans le domaine du vide grossier à moyen. Les manomètres de type résonnant (ceux qui mesurent spécifiquement la pression absolue) sont présentés dans ce chapitre. Ces derniers reposent sur un principe mécanique. Les manomètres à membrane capacitive (lorsqu’ils sont utilisés en manomètres de pression absolue), sont largement réputés pour être des manomètres à vide, bien que leur principe repose sur une déformation mécanique. De manière ultime, sous un vide poussé (tableau 1), de tels manomètres peuvent détecter une variation de pression de l’ordre de 1 × 10–4 Pa. Les performances métrologiques des manomètres à principes mécaniques sont intéressantes au-dessus de 1 Pascal environ.
En deçà, des manomètres basés sur d’autres principes permettent d’obtenir une meilleure incertitude de mesure. Les manomètres à conduction thermique, à bille tournante ou à ionisation, utilisent des principes physiques dans lesquels interviennent directement les propriétés des gaz. La mesure qu’ils délivrent doit être considérée avec le gaz auquel ils sont exposés. Le dernier instrument présenté ici est le spectromètre de masse qui permet la mesure de pressions partielles.
Les caractéristiques métrologiques sont détaillées pour chaque type de manomètre : répétabilité, linéarité et dérive de l’erreur de justesse dans le temps.
Le terme « linéarité » a été utilisé dans un souci de simplification, car la fonction de modélisation du signal de sortie du manomètre en fonction de la pression n’est pas une droite dans tous les cas.
Un récapitulatif est ensuite proposé comme vue générale des manomètres à vide en fonction du domaine de la pression à mesurer.
Les caractéristiques présentées ont été déterminées sur des manomètres appartenant au LNE, qui n’ont en général...
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Manomètres et instrumentation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOUSTEN (K.) et al - Handbook of vacuum science and technology, - 2e édition, édité par Karl Jousten chey Wiley-VCH (2016).
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(2) - SHEA (J.J.) - Foundations of vacuum science and technology. - Dans IEEE Electrical Insulation Magazine 14(4), p. 42 (1998). PDF disponible en ligne https://www.researchgate. net/publication/3258100_Foundations_of_ Vacuum_Science_and_Technology
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(3) - NEWELL (D.B.) et al - The CODATA 2017 values of h, e, k, and NA for the revision of the SI. - Dans Metrologia, vol. 55, n° 1, p. L13 (2018). PDF disponible en ligne https:// iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/aa950a
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(4) - REZKI (A.) - Développement et caractérisation d’un réfractomètre de type Fabry-Perot pour la mesure de la pression d’un gaz. - Thèse de doctorat, Paris, HESAM (2023). PDF disponible en ligne https://theses.fr/ 2023HESAC028
-
(5) - LEMMON (E.W.), BELL (I.H.), HUBER (M.L.), McLINDEN (M.O.) - NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Technique du vide – Vocabulaire – Partie 1 : Termes généraux - ISO 3529-1 - 2019
-
Technique du vide – Vocabulaire – Partie 2 : Pompes à vide et termes associés - ISO 3529-2 - 2020
-
Technique du vide – Vocabulaire – Partie 3 : Manomètres de pression totale et analyseurs de pressions partielles - ISO 3529-3 - 2014
-
Technique du vide – Méthodes normalisées pour mesurer les performances des pompes à vide – Partie 1 : Description générale - ISO 21360-1 - 2020
-
Technique du vide – Méthodes normalisées pour mesurer les performances des pompes à vide – Partie 2 : Pompes à vide volumétriques - ISO 21360-2 - 2020
-
Technique du vide – Méthodes normalisées pour mesurer les performances des pompes à vide – Partie 3 : Paramètres spécifiques aux pompes à vide intermédiaires mécaniques - ISO 21360-3 - 2019
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Technique...
ANNEXES
Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Agilent Technologies
Edwards Vacuum
Inficon
Leybold
MKS Instruments
Pfeiffer Vacuum
https://group.pfeiffer-vacuum.com
SAES Getters
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Bureau international des poids et mesures
Euramet
SFV (Société française du vide)
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