Bibliographie & annexes
Présentation
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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Traçabilité du vide3. Préalable aux mesures
Le tableau 1 montre l’importance des moyens utilisés pour produire le vide en fonction du domaine que l’on souhaite atteindre. Dans cette démarche, si l’on pense immédiatement au pompage qu’il sera nécessaire de mettre en œuvre, il ne faut pas négliger l’enceinte (ou l’installation en général) qui va confiner le vide, tout aussi importante. Le découpage en différents domaines de vide du tableau 1 traduit la difficulté croissante pour passer d’un domaine donné de vide au suivant, en termes de technicité de la mise en œuvre et de coût des d’équipements et de l’instrumentation.
En ce qui concerne la mesure, on prêtera particulièrement attention à la manière de connecter le manomètre sur l’installation car la connexion pneumatique est susceptible d’être une source significative d’erreur. On entend par connexion pneumatique l’ensemble du tube placé entre l’enceinte dans laquelle on souhaite mesurer le vide et du dispositif d’étanchéité (en particulier le type de joint utilisé).
Ce qui n’est pas complètement explicite dans le tableau 1 est l’importance de ne pas connecter des éléments (raccords, manomètres, etc.) pollués sur une enceinte à vide et ce d’autant plus que le vide est poussé. Les précautions à prendre vont du simple dégraissage à la décontamination plus élaborée, suivant les applications.
3.1 Pompage
La première approche est de quantifier le vide dont on a besoin : un pompage primaire permet au mieux d’atteindre quelques Pascals (quelques dixièmes de Pascal pour une pompe à palettes). En deçà de ces valeurs, un pompage secondaire sera nécessaire. En second lieu, la taille du volume à pomper guidera la taille de la (ou des) pompe(s) à utiliser.
De manière générale, les deux caractéristiques principales d’une pompe à vide sont sa vitesse...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOUSTEN (K.) et al - Handbook of vacuum science and technology, - 2e édition, édité par Karl Jousten chey Wiley-VCH (2016).
-
(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
-
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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