La mesure du vide

L'étendue considérable des pressions à mesurer pose problème quant à leur mesure. De la pression atmosphérique à l'ultra vide, la plage à mesurer couvre 15 ou 16 décades !

Les scientifiques doivent donc se résigner à utiliser plusieurs types d'appareils ayant chacun une plage d'application restreinte.

On peut classer les appareils (appelés manomètres) en trois grandes catégories.

» Les manomètres mécaniques sont utilisés pour le vide "grossier", de 50 à 1000 hPa (hectopascals). Ils mesurent le déplacement d'une membrane, qui se déforme proportionnellement à la différence de pression avec le milieu à mesurer. Certains dispositifs électroniques permettent aujourd'hui de mesurer des déplacements très faibles, et donc des pressions de l'ordre de 10^-3 hPa.

» Les manomètres thermiques mesurent des pressions entre 50 et 10^-4 hPa utilisent une autre propriété : des gaz : la conductivité thermique. Un filament est chauffé par un courant électrique. Les molécules de l'air vont se condenser sur le fil, avant de s'évaporer à nouveau. Lors de cette évaporation, il y a un refroidissement du filament, que l'on peut mesurer et qui nous renseigne sur la quantité de molécules présentes dans l'air (plus la pression est forte et plus le refroidissement est important).

Une jauge ionique à cathode chaude. Le filament extérieur chauffé à 2000°C émet des électrons. Le filament central les recueille et indique le courant. Photo © Granville-Phillips®

» Les manomètres ioniques sont utilisés dans le domaine de l'ultravide (inférieur à 10^-7 hPa), lorsqu'il ne reste plus assez de molécules pour que les autres dispositifs soient efficaces. Le principe : une décharge électrique ionise les molécules d'air (c'est-à-dire leur fait perdre un électron). Les ions + vont se diriger vers la cathode (pôle négatif), et induire un courant électrique. C'est en mesurant ce courant que l'on peut estimer la quantité d'ions, donc la pression du gaz.
Pour augmenter le nombre d'atomes ionisés, on peut utiliser en plus un champ magnétique pour "diriger" les électrons.

Jusqu'à 100% de marge d'erreur

Mais quel que soit l'appareil utilisé, la mesure de la pression n'a qu'une précision assez limitée. Les marges d'erreur vont de 5% à 100% !

D'abord, la sensibilité du manomètre varie d'un gaz à l'autre, et parfois d'un facteur 10 ! Les appareils sont généralement calibrés pour de l'air sec ou de l'azote, mais si on ne connaît pas la nature du gaz à l'intérieur, un manomètre ne vous servira à rien.

De plus, si la jauge est polluée (par des hydrocarbures par exemple), le mélange gazeux contient de la vapeur d'eau, qi la jauge est mal positionnée, etc… la pression indiquée sera trop basse ou trop élevée. Heureusement, dans la plupart des applications, même une erreur de facteur 10 a peu d'importance.