1.

Présentation

pression (physique), en physique, rapport de l’intensité de la force F exercée perpendiculairement à une surface sur l’aire S de cette surface.

Ainsi, la pression P est donnée par : P = F / S. Dans le Système international d’unités, la pression s’exprime en pascal (Pa) : 1 Pa = 1 N/m². Il existe d’autres unités de pression, les plus courantes étant l’atmosphère (atm), le bar, le « millimètre de mercure » :

• 1 atm = 101 325 Pa ;
• 10⁵ Pa = 760 mm de mercure ;
• 1 bar = 10⁵ Pa.

Il existe également le torr, unité non légale en France, qui correspond à la pression exercée par une colonne de mercure de 1 mm de hauteur, à 0 °C.

2.

Définitions

1.

Pression atmosphérique

En 1648, Pascal a montré que la pression à une hauteur donnée est égale au poids de la colonne d’air située au-dessus de ce niveau. Au niveau de la mer, la pression moyenne est égale à 760 mm de mercure, ou 1 013 millibars (mbar) : c’est la pression atmosphérique. Elle correspond sensiblement à la pression qu’exerce un corps de 1 kg sur une surface de 1 cm². La pression atmosphérique décroît donc avec l’altitude. Ainsi, sa valeur n’est plus que de 830 mbar à 1,6 km d’altitude et de 240 mbar à 10 000 m, hauteur de vol des avions long-courriers.

2.

Pression partielle

Dans un mélange gazeux, la pression partielle d’un constituant est la pression qu’il exercerait s’il occupait seul le volume offert au mélange. D’après la loi de Dalton, dans un mélange de gaz parfaits, la pression totale est la somme des pressions partielles. Par exemple, la pression atmosphérique est la somme des pressions partielles des composants de l’atmosphère (dioxygène, diazote, gaz carbonique et gaz rares).

3.

Manomètres

Un manomètre est un appareil servant à mesurer la pression d’un fluide placé dans un espace fermé. Il existe plusieurs méthodes pour déterminer une pression selon l’ordre de grandeur de cette dernière.

1.

Manomètre à mercure

Il se compose d’un tube de verre vertical dont l’extrémité inférieure est mise en contact avec un réservoir de mercure. À la partie supérieure du réservoir arrive le fluide dont on souhaite déterminer la pression. Il se produit alors une dénivellation dans le tube ; cette dénivellation permet de déterminer la pression du fluide. La différence de pression entre le réservoir et le haut du tube est le produit de la masse volumique du fluide, de l’accélération de la pesanteur (g = 9,8 m/s²) et de la dénivellation. On mesure la pression absolue du fluide ou sa pression relative (comparée à celle de l’air), selon que la partie supérieure du tube est fermée ou ouverte.

2.

Manomètre à piston

Il est constitué d’un piston mobile placé dans un cylindre d’axe vertical, mis en contact avec l’atmosphère ou le vide à son extrémité supérieure. L’autre extrémité communique avec le fluide à étudier. On mesure ici la force engendrée par la différence des pressions s’exerçant sur les deux faces du piston.

3.

Manomètre métallique

Pour des différences de pression supérieures, on utilise le tube de Bourdon, du nom de l’inventeur français Eugène Bourdon. Il est constitué d’un tube creux métallique de section transversale ovale, en forme de crochet. Une extrémité du tube est fermée, l’autre ouverte et reliée à la zone étudiée. La pression appliquée à cette partie du tube déforme sa section transversale qui tend à devenir circulaire. La mesure de cette déformation permet de déterminer la pression. Les manomètres utilisés pour enregistrer des pressions variant rapidement comportent en général des capteurs piézo-électriques ou électrostatiques qui fournissent un résultat instantané. La plupart des manomètres mesurent la différence entre la pression du fluide et la pression atmosphérique ambiante, cette dernière doit donc être ajoutée à la valeur algébrique indiquée pour obtenir la pression absolue réelle. Une lecture négative correspond à un vide partiel.

4.

Manomètre à vide

On utilise des manomètres spécifiques, les jauges à vide, pour mesurer des pressions gazeuses faibles. La jauge de MacLeod permet de mesurer des pressions gazeuses de l’ordre de 10^-6 mm de mercure : le volume connu de gaz dont on veut déterminer la pression est comprimé à une température constante ; la pression ainsi obtenue est alors mesurée par un manomètre. La pression inconnue est ensuite calculée d’après la loi de Boyle (voir gaz). Pour mesurer des pressions encore plus basses, on utilise des dispositifs utilisant la conductivité thermique du gaz ou la conduction électrique du gaz ionisé (voir technologie du vide).

4.

Étendue de mesure

Certaines pompes à vide peuvent créer des vides très poussés (ou ultravides) de l’ordre de 10^-2 à 10^-8 Pa. À l’inverse, les presses hydrauliques les plus performantes permettent d’atteindre des pressions de plusieurs milliers d’atmosphères. Des pressions de quelques millions d’atmosphères ont été obtenues à des fins expérimentales. La fabrication de diamants artificiels requiert des pressions d’environ 70 000 atm à des températures de l’ordre de 3 000 °C.