👨🎓 Pression absolue, relative, différentielle et hydrostatique⚓
Complément : La pression absolue [Document n°1]
C'est la pression qui permet de définir l'état thermodynamique d'un corps.
Par exemple, la température d'ébullition d'un composé est fonction de la pression absolue.
Par définition le vide absolu ou total correspond à une pression nulle.
La pression absolue \(p_{\mathrm{abs}}\) est donc la pression par rapport à la pression zéro dans le vide.
Certains appareils permettent de mesurer directement la pression absolue (baromètres pour la météorologie), mais on peut aussi mesurer une pression relative à la pression atmosphérique.
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Expérience du tube de Torricelli
Torricelli remplit un tube de verre de mercure, puis boucha l'extrémité ouverte avec son doigt, retourna le tout et immergea l'ouverture dans une bassine de mercure. Lorsqu'il retira son doigt, la colonne de mercure descendit un peu et s'arrêta. L'espace en haut de la colonne était donc vide. La colonne de mercure se maintient à cause de la pression de l'air sur le bassin. Selon les conditions météorologiques, la hauteur de cette barre peut varier.
Complément : La pression relative (ou effective) [Document n°2]
C'est la pression mesurée dans une enceinte par comparaison avec la pression atmosphérique. On la note \(p_{\mathrm{rel}}\).
La plupart des appareils de mesure basés sur la déformation d'un tube (tube de Bourdon) ou d'une membrane mesurent en fait la différence de pression entre le procédé auquel ils sont connectés et l'atmosphère qui les environnent.
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Le tube de bourdon est composé d'un tube aplati formant une section circulaire. Une extrémité du tube est scellée et libre de ses déplacements, l'autre extrémité est fixe et connectée à la chambre ou au conduit dont la pression doit être mesurée.
Complément : La pression différentielle [Document n°3]
C'est la différence de pression mesurée entre deux positions.
Dans les débitmètres à organe déprimogène, cette mesure est représentative du débit passant.
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Complément : La pression hydrostatique [Document n°4]
Le principe de Pascal nous enseigne que dans un liquide à l'équilibre et de masse volumique uniforme :
la pression est la même en tous points situés à une même hauteur
la différence de pression entre deux points est égale au poids de la colonne de liquide de section unité et de hauteur égale à la différence d'élévation des deux points.
C'est cette hauteur de liquide qu'on nomme pression hydrostatique. Ce principe est appliqué dans les manomètres à colonne de liquide, certains altimètres.
(Voir activité n°3 et 4 de ce chapitre.)
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Principe illustré par Pascal où il faisait éclater un tonneau en remplissant simplement une mince colonne de liquide d'une dizaine de mètres de hauteur. La pression dans le tonneau n'est pas le résultat de la masse d'eau dans la colonne, mais seulement de sa hauteur.
Questions⚓
👨🎓 Pression statique, pression dynamique et pression totale⚓
Attention :
Les définitions des documents suivants serviront essentiellement dans le chapitre sur la dynamique des fluides (qui sera traité en 2ème année), lorsque les fluides seront en mouvement, à l'opposé de ce chapitre où les fluides sont au repos (statique).
Complément : La pression statique [Document n°5]
La loi de Bernoulli (chapitre qui sera traité en 2ème année) relative à l'écoulement des fluides nous dit que la pression statique d'un fluide en écoulement diminue lorsque sa vitesse augmente et inversement.
La pression statique est mesurée par un équipement disposé perpendiculairement à la direction d'écoulement du fluide.
Cette valeur de pression renseigne sur l'état thermodynamique du fluide. Par exemple, à l'aspiration d'une pompe, la simple accélération du fluide peut provoquer un abaissement de pression tel que des bulles de gaz peuvent apparaître.
Cette pression statique est également la pression hydrostatique lorsque le fluide est au repos.
Complément : La pression dynamique [Document n°6]
La pression dynamique est représentative de la vitesse d'écoulement d'un fluide. C'est la valeur lue sur un appareil de mesure de pression différentielle dont :
l'un des points de mesure est disposé dans l'axe de l'écoulement du fluide qui mesure une pression totale ;
et l'autre est disposé perpendiculairement à cet écoulement.
Cette valeur est prédite par la relation de Bernoulli (que nous étudierons en 2ème année). Elle est utilisée dans les débitmètres ou anémomètres à tube de Pitot.
Contrairement à la pression statique, cette valeur de pression ne renseigne pas sur l'état thermodynamique du fluide.
Complément : La pression totale [Document n°7]
La pression totale c'est la somme de la pression statique et de la pression dynamique.
La pression statique et la pression dynamique sont égales pour un fluide au repos.
De même, aux pertes par frottement près, la pression totale d'un fluide est constante quelle que soit sa vitesse.
Questions⚓
Q4. (ANA/APP) Soit les deux types de mesure des pressions d'air ci-dessous. Indiquer quel est le type de pression mesurée.
Schéma n°1 :
Schéma n°2 :
Question⚓
Q5. (ANA/APP) Sur l'installation symbolisée dans la question précédente, les deux mesures de pression sont effectuées au même point dans la gaine. Quelle mesure indique la pression la plus forte ?
Aide : pensez au plus simple, au plus logique.
Q6. (ANA/APP) Complétez le texte suivant :
Complément : Remarque
On parle de pression statique de l'air du schéma de gauche alors qu'il est en mouvement. Mais comme la mesure s'effectue sans que l'air en mouvement « ne frappe » l'entrée du capteur de pression (comme c'est le cas pour la mesure effectuée à droite), le manomètre de gauche n'est donc pas influencé par la vitesse de l'air en mouvement d'où l'expression « pression statique ».
Complément : Un exemple d'application en aéronautique, le tube Pitot [Document n°8]
En aéronautique, le système Pitot-statique (antenne de Prandtl, mesurant la différence de pression entre la prise statique et la prise dynamique) est utilisé pour les appareils dont la vitesse est très inférieure à la vitesse du son à leur altitude. Pour les appareils se déplaçant à un nombre de Mach s'approchant de 1, les deux prises de pression sont séparées (tube de Pitot d'une part et prise statique d'autre part) et transmettent leurs informations à l'ordinateur de bord.
Les tubes de Pitot sont installés en des endroits particuliers des aéronefs où la vitesse locale n'est pas trop différente de la vitesse de l'air à l'infini (coefficient de pression proche de 1), soit sur le nez de l'appareil (en particulier pour les avions de chasse), soit sous les ailes.
La mesure de la pression dynamique permet de calculer la vitesse de l'air et d'en déduire le débit dans une gaine.
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Question⚓
Q7. (APP) Sur le schéma simplifié d'un tube Pitot ci-dessous, indiquer (au bout des deux flèches) quels sont les différents types de pression mesurées.
Question⚓
Q8. (APP) Quel est alors le type de pression mesuré par le manomètre différentiel ?