Le manomètre de pression

---

Description détaillée

Définition de la pression
La pression est la force appliquée à une surface ou répartie sur celle-ci. Elle se définit comme suit :
P= F/S
P : pression en N/m²
F : force en Newton
S : surface en m²
La pression est souvent exprimée en bars.
Certains constructeurs utilisent des unités anglo-saxonnes : p.s.i (pound per square inch).
La pression atmosphérique (ou barométrique) :
C'est la pression exercée par l'atmosphère de la terre. La pression atmosphérique au niveau de la mer est de 1,012 bar. Elle peut varier de +/- 25 mbar avec la pluie ou le beau temps. La valeur de la pression atmosphérique décroît lorsque l'altitude augmente.
À 5000 mètres d'altitude, cette pression atmosphérique est d'environ 0,5 bar.
La pression atmosphérique peut aussi s'exprimer en millimètres de mercure ou mmHg.
P atmosphérique = Pression en mmHg / 760.
Le baromètre à mercure
Le physicien Evangelista Torricelli fut le premier à se servir du baromètre à mercure : il consiste à mettre un tube dans un bassin de mercure et voir si le niveau du mercure à l'intérieur du tube monte (« Beau temps ») ou descend (« Mauvais temps »). Evangelista Torricelli a mis en évidence, à travers cette expérience dite "expérience du vide", la notion de pression atmosphérique.

 
La pression dans le monde de l'automobile
Dans l'automobile, on retrouve la notion de pression dans plusieurs domaines, ainsi on mesure :
o La pression de l'air (tubulure d'admission, pneu…)
o La pression de carburant (essence, gasoil, GPL…)
o La pression de réfrigérant (circuit de climatisation)
o La pression d'huile (moteur, Boîte…)
Pour mesurer chacune de ces pressions l'opérateur d'atelier a recours à l'utilisation d'un manomètre de pression.
Certains d'entre eux permettent même d'ajuster la pression : c'est le cas du manomètre utilisé pour faire la pression des pneus, qui permet d'ajouter ou de supprimer de la pression.
D'autres manomètres sont utilisés à des fins de contrôle de bon fonctionnement ou pour le diagnostic. En fonction de l'opération, l'opérateur sélectionne le manomètre adapté à son besoin.

Différents types de pression
Pression absolue : pression mesurée au-dessus du vide total ou du zéro absolu. Le zéro absolu représente une absence de pression.
Le vide : il correspond théoriquement à une pression absolue nulle. Il ne peut être atteint, ni même dépassé. Quand on s'en approche, on parle alors de vide poussé.
Pression relative : c'est la pression au-dessus de la pression atmosphérique. Elle représente la différence positive entre la pression mesurée et la pression atmosphérique existante.
C'est celle qui est le plus souvent utilisée, parce que la plupart des capteurs sont soumis à la pression atmosphérique et mesurent en relatif.
Pression différentielle : c'est la différence de deux pressions ou la différence de grandeur entre une valeur de pression donnée et une pression de référence donnée.
Pression hydrostatique : c'est la pression exercée au-dessous de la surface d'un liquide par le liquide situé au-dessus, quand le fluide est au repos.
À l'intérieur d'une colonne de fluide se crée une pression due au poids de la masse de fluide sur la surface considérée.
Cette pression est  P = r x g x h (avec r = masse volumique du fluide).

Pression hydrodynamique : elle résulte de la vitesse du fluide en mouvement.
Un fluide qui se déplace crée une pression supplémentaire :
P= ½ ρv2
Avec v = vitesse de déplacement du fluide en m/s.
Dépression : pression en dessous du niveau atmosphérique.
Échelle de pressions

P absolue = P relative + P atmosphérique

Mesure de pression

Il existe plusieurs unités de pression utilisées selon les disciplines.
o Le pascal (symbole Pa) est l'unité du système international. Une pression de 1 pascal correspond à une force de 1 newton exercée sur une surface de 1 m2. Autrement dit, le Pascal s'exprime en N/m².
o Le bar est égal à 105 pascals.
o Le psi, de l'anglais « pound per square inch » (livre par pouce carré) est une unité anglo-saxonne valant 6 894 Pa ou encore 0,068 94 bar. Elle est très utilisée notamment en hydraulique, en oléohydraulique et en hydrostatique.
o Le millimètre de mercure (symbole mmHg), encore appelé torr en hommage au physicien italien Evangelista Torricelli, vaut 133,3 Pa.
o L'atmosphère normale (symbole atm) vaut 101 325 Pa.
o L'atmosphère technique (symbole at) ou ATA équivaut à 98 066,5 Pa.
o Enfin on exprime couramment la pression en kg/cm² (ou kg force/cm²). Le kg/cm² n'est pas une unité utilisée en physique. Un kg/cm² est à peu près égal à un bar.

Unité de pression

 Ordre de grandeur (pression)

Différents types de manomètre
Manomètre en U
Le plus simple des manomètres est un tube en U, rempli de liquide. À l'une de ses extrémités on applique une pression de référence (par exemple la pression atmosphérique), tandis qu'à l'autre on applique la pression à mesurer. La différence de niveau de liquide observée dans les deux parties du tube correspond à la différence de pression et permet d'effectuer la mesure. La différence de hauteur entre les deux tubes dépend de la densité du produit utilisé (mercure, eau, etc.). Ceci explique pourquoi l'on parle de pression en mm de Hg (mercure) ou de mm de CE (Colonne d'Eau).
Manomètre à membrane
Un deuxième type de manomètre est constitué d'une membrane flexible qui ferme hermétiquement un volume déterminé. La mesure de la déformation, effectuée pour des pressions connues, permet d'obtenir des tables de référence.
Manomètre de Bourdon

Le manomètre de Bourdon possède un tube de section elliptique qui est enroulé suivant un arc de cercle et fixé à une extrémité. Il apparaît en rouge et rose sur la figure 5. À travers son extrémité fixe, ce tube est en communication avec l'enceinte dans laquelle on veut mesurer la pression. L'autre extrémité est fermée et elle est reliée par une biellette (grise) à un secteur denté (bleu). Sous l'effet de la pression la section du tube tend à devenir circulaire, ce qui entraîne son redressement. Cette déformation est amplifiée par le palier et le pignon qui porte l'aiguille indicatrice. Bien entendu, une dépression (un vide) entraîne un mouvement inverse.
Le manomètre de Bourdon illustré sur la figure 5 est gradué en bars. C'est une unité qui est très employée.
Il est en position "0" au repos. Son aiguille se dirige vers la partie négative de son échelle (-1) quand il mesure une atmosphère raréfiée.
Ce type de manomètre permet de mesurer des pressions jusqu'à environ un mégapascal, c'est à dire une centaine de fois la valeur de la pression atmosphérique.
Il peut aussi mesurer le vide mais dans ce cas, la précision de la mesure est perturbée par les variations de la pression atmosphérique. Les mesures des faibles valeurs de pression doivent être interprétées avec prudence. Un manomètre de Bourdon ne devrait pas être utilisé en dessous de 104 pascals.
Manomètre à capteur de pression
Ce type de manomètre est électronique et permet, grâce à un capteur de pression, de déterminer la pression de l'élément à mesurer.

Mesure de pression par capteur
Trois catégories de capteurs
o Capteur relatif : mesure la pression par rapport à une pression de référence.

o Capteur différentiel : mesure une différence de pressions.

o Capteur absolu : mesure la pression par rapport au vide.

 Principe général : utilisation d'un effet physique
Capteurs passifs : effort de pression, déformation d'une membrane, détection et mesure de la déformation
o À jauges extensométriques : variation de résistance.
o Capacitifs : variation de capacité.
o À réluctance variable : variation d'inductance.
Capteurs actifs: action directe de la pression
o Piézorésistifs : variation de résistance.
o Piézoélectriques : effet piézoélectrique.

Capteur passif à jauges extensométriques

Pont de Wheastone pour 4 jauges

Capteur passif à effet capacitif

Capteur passif à réluctance variable

Capteur actif à élément piézorésistif diffusé

capteur actif à élément piézoélectrique

Particularités de certains capteurs de mesure
transmetteur à jauges extensiométriques

Le transmetteur : un capteur (élément sensible + détecteur) donne un signal faible. On ajoute un module électrique (alimentation + amplificateur) pour avoir un signal de "haut niveau" sur la prise de sortie de mesure.
Choix d'un transmetteur
Parmi les considérations à prendre en compte dans le choix d'un transmetteur, nous citerons :

• la température maximale du procédé : l'exposition des électroniques à semi-conducteurs à des températures ambiantes élevées a pour effet de nuire à la longévité des composants (valeur limite aux environs de 85°C).
• la plage de pression de service et de la pression maximale : les transmetteurs doivent pouvoir résister à une surpression égale à au moins 150 % de leur pression maximale.
• La sortie, qui peut être 4-20 mA, 0-5 V ...
• La précision voulue.
Le tableau ci-dessous rappelle quelques critères de choix de ce type de capteurs :

• Transformateur différentiel : Il se compose d'un enroulement primaire, de deux enroulements secondaires et d'un noyau magnétique mobile. Suivant la position du noyau, le primaire induit une f.e.m dans chacun des deux secondaires. Le déplacement du noyau entraîne des variations inverses de ces deux f.e.m. La différence de ces deux f.e.m constitue le signal de sortie.
• La piézo-électricité est la particularité que possèdent certains cristaux (quartz, céramique, titanate de baryum...) de se polariser électriquement lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques. La quantité de charges électriques produites est proportionnelle sur une large plage aux efforts appliqués.
Domaine de mesure des capteurs à menbrane

Domaine de mesure des capteurs actifs

---

Méthodes et pratiques

La mise en place d'un manomètre sur un circuit de carburant essence peut se faire au travers d'une valve shrader, si le véhicule ne dispose pas de cette valve, il faudra utiliser des raccords en « T » afin de mettre le manomètre en dérivation du circuit.

 

 
Il faut utiliser le manomètre adapté à la pression mesurée.
Par exemple (pression donnée à titre d'exemple et approximative) :

• Circuit de carburant basse pression : manomètre max 10 Bars
• Circuit de freinage : Manomètre 200 bars
• Circuit de suralimentation ou air admission : manomètre

---

Impact sur les compétences en atelier

Le technicien utilisant un manomètre doit :

• Connaitre les risques liés à la pression et aux fluides concernés
• Connaitre les systèmes mesurés
• Maitriser la documentation afin de connaitre les valeurs de référence
• Adapter sa méthode d'intervention aux circuits mesurés
• Connaitre les unités employées

---

Exemple d’outillage approprié

Manomètres
Documentations
Raccords