Pression

La pression est une notion physique principale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.


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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 \vec n, subissant une force \vec F, alors la pression p est définie par :

\vec dF \cdot \vec n = p \, dS

Dans le cas d'une force perpendiculaire à une surface plane d'aire S, on obtient la définition suivante :

p = \frac{F}{S}

. 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 : p=-\biggl(\frac{\partial U}{\partial V}\biggr)_{S,N}\,\!
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
Autres unités
1 bar=100 000 Pa.
1 atm=101 325 Pa.
1 pz=1 000 Pa.
1 mmHg=1 torr=133, 3 Pa.
1 inHg33 86 hPa.
1 cmH2O=98, 0638 Pa.
1 ba=1 dyn. cm⁻²=0, 1 Pa.
1 at=98 066, 5 Pa.
1 psi=6 894 Pa.
1 g/cm²=98, 0665 Pa (≅1-1, 3 cm d'air≅10 cm d'eau≅111 cm de plomb).

Ordres de grandeurs

Article détaillé : Ordre de grandeur (pression) .

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 :

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

Liens externes

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 11/11/2010.
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