VIDE TECHNIQUE DU

Moyens de pompage

Les moyens de pompage utilisés en technique du vide illustrent parfaitement l'adage selon lequel la mesure perturbe toujours l'objet mesuré. En effet, pomper un gaz ou mesurer sa pression, c'est agir sur celle-ci. On peut donc employer le même principe, servi par la technologie qui assurera à la perturbation l'ampleur recherchée. On voit, par exemple, qu'il existe une analogie profonde entre un manomètre volumétrique et une pompe volumétrique, l'obtention d'une mesure absolue de la pression par l'un trouvant son équivalence dans la non-sélectivité aux gaz du débit-volume de l'autre. Et, dans le domaine de l'ultravide, alors que les quantités de matières assignables sont de plus en plus petites, c'est le même dispositif qui sert à la fois de pompe et de manomètre (pompe de Penning). Il en résulte que les conditions d'exploitation de ces matériels présentent des analogies.

Les pompes volumétriques sont faites d'un volume périodiquement variable. Les forts débits réclament l'emploi d'un piston, tandis que les petits se satisfont d'une membrane. La figure illustre le principe d'un modèle très répandu : la pompe à palettes mobiles. Le corps de la pompe est immergé dans un bain d'huile qui assure le refroidissement, la lubrification et l'étanchéité. On peut installer deux corps coaxiaux en série, ce qui multiplie les taux de compression. La pompe est alors dite à double étage. Lorsque la pompe atteint sa pression limite, soit quelque 10⁻³ hPa, une rétrodiffusion de vapeur d'huile se propage vers l'amont ; il est difficile de s'en protéger. Les besoins de l'industrie électronique en matière de propreté et de pompage des gaz réactifs ont induit la mise au point de pompes sèches dont le principe est illustré sur la figure. La fabrication est coûteuse, mais la pompe est « propre ». Les pompes volumétriques sont capables de refouler les gaz à la pression atmosphérique. Elles sont, pour cette raison, baptisées pompes primaires. Si le domaine du vide poussé doit être atteint, une pompe secondaire est introduite dans le circuit, entre l'installation et la pompe primaire. Son rôle est d'extraire les gaz résiduels et de les comprimer dans le domaine de pression où la pompe primaire remplit sa fonction. La valeur du flux à évacuer sert de guide pour choisir les conditions du couplage. Les principes mis en œuvre dans les pompes secondaires procéderont en grande majorité des interactions gaz-surfaces. Une paroi mobile, à l'intérieur d'un réservoir, perturbe l'isotropie de Maxwell-Boltzmann en privilégiant une direction particulière : celle selon laquelle la molécule reçoit une impulsion lors du choc avec la paroi mobile.

Les pompes cinétiques réalisent cette fonction. À la suite d'une cascade de chocs, la densité moléculaire est plus élevée à proximité de la bride de refoulement de la pompe. Il existe une variante : la pompe à diffusion d'huile. C'est un jet de vapeur saturante d'huile de poids moléculaire élevé qui communique l'impulsion. L'huile travaille en circuit fermé entre la chaudière où elle est chauffée à 200 ⁰C, la tuyère, et une paroi refroidie avant de retourner à la chaudière. La pompe est très efficace mais, comme les pompes lubrifiées, le problème de la rétrodiffusion de l'huile se pose. Elle est donc de plus en plus souvent remplacée par la pompe turbomoléculaire. Un empilement d'aubages alternativement fixes et mobiles oblige les molécules à cheminer vers le refoulement. Un moteur électrique sous vide fait tourner la partie mobile de 400 à 1 000 tours par seconde selon la dimension de la pompe. L'ensemble mobile est supporté par des roulements à billes, mais, dans les modèles plus élaborés, l'axe de rotation est matérialisé par sustentation électromagnétique.[...]