Pression
La pression est une notion physique principale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.
Catégories :
Hydromécanique - Grandeur physique - Métrologie - Mécanique - Mécanique des fluides - Hydraulique - Thermodynamique - Théorie de la plongée - Unité de pression - Unité de mesure
Définitions :
- La pression est le résultat d'une force exercée sur une surface (P=F/S) (exemple : un robinet de DN 150 à une pression de 16 bars subit une force de 2, 8 Tonnes).... (source : gmi-robinetterie)
La pression est une notion physique principale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.
Comme paramètre physique, la pression, tout comme la température, joue un rôle extrêmement important dans la majorité des domaines. Du point de vue de la thermodynamique, c'est une grandeur intensive.
Histoire de la notion de pression
Définitions
La pression, notée p admet, selon les branches de la physique qu'on considère, plusieurs définitions qui coïncident toutes :
Dans l'ensemble des cas, la pression est définie comme une grandeur scalaire (non vectorielle).
En mécanique, la pression est définie localement à partir de la composante de la force normale à la surface sur laquelle elle s'exerce. Si on considère une surface élémentaire dS de normale 
, subissant une force 
, alors la pression p est définie par :
Dans le cas d'une force perpendiculaire à une surface plane d'aire S, on obtient la définition suivante :
. Par construction, la pression est perpendiculaire à la surface sur laquelle elle s'exerce.
Le terme obtenu en construisant le rapport de la composante de la force tangentielle à la surface d'exercice se nomme la contrainte tangentielle. Elle est homogène à une pression et est mise en jeu dans les phénomènes de viscosité surtout.
En mécanique des milieux continus, la pression est définie comme le tiers de la trace du tenseur des contraintes c'est-à-dire la moyenne des termes diagonaux de ce tenseur. En mécanique des fluides incompressibles, la pression est le multiplicateur de Lagrange servant à vérifier l'incompressibilité du matériau. On a alors à faire à une définition implicite de la pression.
En thermodynamique, la pression est définie à partir de l'énergie interne U (V, S, N) par : 
Pour un fluide newtonien, la pression est strictement positive car il faut apporter de l'énergie (ΔU > O) pour diminuer le volume (ΔV < O). Pour les fluides non newtoniens, il est envisageable d'avoir des pressions négatives. Ces pressions négatives sont dues à des effets de surface et sont reliées à la tension superficielle.
Unités et mesures de pression
Unités
Il existe plusieurs unités de pression, dont l'utilisation dépend le plus souvent de la discipline. De par la définition même de la pression, elles sont fréquemment définies comme le rapport d'une unité de force sur une unité de surface.
- Unité du dispositif international
- 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 : 1 Pa=1 N/m².
- Autres unités
- Le bar :
- 1 bar=100 000 Pa.
- L'atmosphère normale (symbole atm) :
- 1 atm=101 325 Pa.
- Le pièze est une unité dérivée du dispositif mètre-tonne-seconde (système mts) utilisé dans l'ancienne Union Soviétique entre 1933 et 1955 :
- 1 pz=1 000 Pa.
- Le millimètre de mercure (symbole mmHg), toujours nommé torr en hommage au physicien italien Evangelista Torricelli :
- 1 mmHg=1 torr=133, 3 Pa.
- 1 inHg≈33 86 hPa.
- Le millimètre d'eau (mmH2O), ou le centimètre d'eau (cmH2O) :
- 1 cmH2O=98, 0638 Pa.
- Le barye (symbole ba) est une unité du système CGS. Il est défini comme une dyne par centimètre carré :
- 1 ba=1 dyn. cm⁻²=0, 1 Pa.
- L'atmosphère technique (symbole at), ou ATA :
- 1 at=98 066, 5 Pa.
- Le psi, de l'anglais pound per square inch (livre par pouce carré) est une unité anglo-saxonne particulièrement utilisée surtout en hydraulique, en oléohydraulique et en hydrostatique :
- 1 psi=6 894 Pa.
- Le gramme ou kilogramme par centimètre carré (g/cm², kg/cm² ou encore kgf/cm²), fréquemment utilisé en physique des particules, par extension, pour désigner une distance parcourue indépendamment du matériau reconnu (lire le paragraphe lien entre pression et distance), ou alors une altitude (le «gramme» ou «kilogramme» auquel il est fait allusion n'est pas l'unité de poids standard, mais le kilogramme-force) :
- 1 g/cm²=98, 0665 Pa (≅1-1, 3 cm d'air≅10 cm d'eau≅111 cm de plomb).
Ordres de grandeurs
Lien entre pression et distance
En hydrostatique, la différence de pression Δp (en Pa) entre deux points dans un fluide est liée à la différence de hauteur h (en m) entre ces deux points, par la relation Δp=ρgh, où ρ est la masse volumique du fluide (en kg/m³) et g l'accélération de la pesanteur (d'une valeur moyenne d'environ 9, 81 m/s² au niveau de la mer). Donc, connaissant ces deux dernières grandeurs, la différence de pression est directement proportionnelle à la différence de hauteur, et par conséquent à la distance entre les deux points s'ils sont sur le même axe vertical.
Cette propriété est surtout utilisée pour différents systèmes de mesure de la pression, mais aussi comme méthode de conversion par les plongeurs (un bar équivaut à dix mètres d'eau), ou encore les physiciens des particules.
Mesures de pression
La pression, entendue ici comme hydrostatique, est une grandeur qu'on peut faire fluctuer expérimentalement sur plus de vingt ordres de grandeur : depuis 10-10 Pa pour les vides poussés jusqu'à 1011 Pa pour les plus hautes pressions hydrostatiques en cellules à enclumes de diamant. Selon la gamme de pression visée, les appareils de mesure utilisent des principes physiques particulièrement différents. Les méthodes de mesure peuvent être classées en méthodes directes et indirectes. Les premières reposent sur la mesure directe d'une force, exercée sur une membrane par exemple, et sont proches de la définition de la pression. Les méthodes indirectes reposent sur la mesure d'une autre grandeur physique (résistivité, température... ) qu'on peut relier à la pression par un étalonnage.
L'appareil de mesure de la pression est le manomètre. Pour la pression atmosphérique, on utilise le baromètre. On peut aussi utiliser un vacuomètre pour mesurer la pression d'un gaz dans un tube à vide ou encore un hypsomètre, système basé sur la température d'ébullition d'un liquide.
La pression dans différents domaines
En plongée sous-marine
En plongée sous-marine, la pression qui s'exerce sur les tissus biologiques et sur les gaz inspirés a une grande importance. Sa variation peut être énorme selon la profondeur atteinte.
On différencie alors les :
- pression atmosphérique : pression de surface dans des conditions habituelles (normalement aux alentours de 1013 mbar mais habituellement reconnue comme équivalent à 1 bar)
- pression hydrostatique : variable selon la profondeur atteinte - cette pression augmente de 1 bar par tranche de 10 m sous l'eau (0, 98 bar dans l'eau douce et 1, 007 bar dans l'eau de mer)
- pression absolue : c'est la somme des pressions atmosphériques et hydrostatique
En météorologie
En hydrostatique, la poussée d'Archimède
La poussée d'Archimède exercée par un fluide au repos sur un corps immergé peut être définie comme étant la résultante des forces de pression s'appliquant sur la surface de cet objet.
Notes et références
Voir aussi
Vers les hautes pressions
Il existe des gammes de composants pouvant supporter des plages de pression jusque 10 000 bar en gaz ou liquide.
Autres
Bibliographie
- Jean-Claude Chervin et Jean Peyronneau et , La pression : un outil pour les sciences, CNRS éditions, coll. «Sciences et techniques de l'ingénieur», 2003 (ISBN 2-271-06106-7)
Liens externes
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