Une véritable jungle !
De nombreuses unités de pression sont utilisées dans le monde entier et cela peut parfois porter à confusion et provoquer de dangereux malentendus. Dans ce qui suit, nous allons discuter des principes de base des différentes unités de pression et des différentes familles d’unités de pression.
Qu’est-ce que la pression ?
Quand je parle de pression dans cet article, je ne me réfère pas au stress auquel vous êtes soumis au travail ni à la boisson, mais à la quantité physique. Il est bon de définir rapidement ce qu’est la pression, car cela nous aidera aussi à mieux comprendre certaines des unités de pression.
Souvenez-vous de vos cours de physique : la pression est la force exercée sur une surface perpendiculairement à celle-ci. Elle est souvent représentée par la formule p = F/s. La pression étant représentée par la lettre « p », bien que l’on trouve aussi parfois un « P » majuscule.
Alors, que signifie cette force sur la surface en pratique ? Cela signifie qu’une certaine force est appliquée sur une
surface spécifiée. La force est la masse multipliée par la gravité. Étant donné qu’il existe une grande quantité de différentes unités utilisées pour la masse comme pour la surface, le nombre de combinaisons des deux est énorme. Il existe aussi un grand nombre d’unités de pression qui ne comportent pas directement la masse et la surface dans leur nom, bien que celles-ci apparaissent souvent dans leur définition.
Il est bon de remarquer qu’en pratique, la « force » n’est pas toujours incluse dans les noms de l’unité de pression. Par exemple, l’unité de pression kilogramme-force par centimètre carré devrait être indiqué comme kgf/cm², mais il est souvent indiqué simplement comme kg/cm², sans le « f ». De manière similaire, livre-force par pouce carré (pound force per square inch - pfsi) est normalement indiqué sous la forme livre par pouce carré (pound per square inch - psi).
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Système international d’unités (SI) / Métrique
Commençons par parler des unités de pression telles qu’elles apparaissent dans le système SI, qui est le système international d’unités dérivé du système métrique. Le système SI est le système de mesure le plus utilisé au monde. Il a été publié en 1960, mais son histoire remonte à bien plus longtemps que cela.
L'unité Pascal, l'unité de pression du système SI
Le Pascal a été nommé en l'honneur du physicien français Blaise Pascal.
L'unité de pression Pascal (Pa) est l'unité de pression de base dans le système SI (le système international d'unités).
Le Pascal n'est pas une unité de base très ancienne dans le système SI, puisqu'elle a été adoptée en 1971.
Le Pascal est une unité de pression dite "dérivée du SI", car elle est dérivée des unités de base spécifiées dans le système SI.
La définition d'un Pascal est la pression d'un Newton par mètre carré.
Un Newton est une force nécessaire pour accélérer un kilogramme de masse à raison d'un mètre par seconde.
On peut donc dire qu'un Newton correspond à un kgm/s².
Pour résumer un Pascal (Pa) dans une formule :
Le Pascal est une unité de pression très faible. Par exemple, la pression atmosphérique standard fait 101 325 Pa de pression absolue.
Selon la définition de Pascal, le kg-force peut être remplacé par différentes unités telles que le g (gramme) force, et le mètre peut être remplacé par le centimètre ou le millimètre. En ce faisant, on obtient de nombreuses autres combinaisons ou unités de pression telles que le kgf/m², le gf/m², le kgf/cm², le gf/cm², le kgf/mm² et le gf/mm², pour n’en mentionner que quelques-unes.
L’unité « bar » est souvent utilisée dans certains domaines. Elle est basée sur le système métrique, mais ne fait pas partie du système SI. Comme un bar représente 100 000 Pascal (100 kPa), il est facile à convertir. Certains organismes (comme le NIST aux USA) recommandent cependant de ne pas utiliser le bar de manière systématique.
Et comme pour toutes les unités de pression, qu’elles appartiennent ou non au SI, on peut placer les préfixes/ coefficients les plus communs devant, comme milli (1/100), centi (1/10), hecto (100), kilo (1000) et méga (1 000 000). Voici quelques exemples nous donnant différentes versions du Pa et qui sont toutes communément utilisées : Pa, kPa, hPa, MPa. Le bar comme unité est plus communément utilisé sans préfixe ou avec le préfixe milli : bar et mbar.
Mais si l’on prend toutes les unités de masse et qu’on les combine avec les unités de surface du système SI, on obtient de nombreuses combinaisons. Bien que le système Ia soit utilisé dans la plupart des pays, il existe aussi un grand nombre d’autres unités de pression qui ont toujours utilisées. Jetons donc un oeil sur ces unités.
Unités impériales
Dans les pays qui utilisent le système impérial (comme les États-Unis et le Royaume-Uni), les unités utilisées pour la masse et pour la surface sont différentes de celles du système SI. Ceci crée donc un autre ensemble complètement différent d’unités de pression. La masse est communément mesurée en livres ou en onces, et la surface et la distance en pouces ou en pieds. Donc certaines unités de pression dérivées de ces unités sont : lbf/ft², psi, ozf/in², iwc, inH2O, ftH2O.
Aux États-Unis, l’unité de pression la plus utilisée est la livre par pouce carré (psi). Pour les industries de production par transformation, une des unités communément utilisées est aussi le pouce de colonne d’eau (inH2O), qui est dérivé de la mesure du niveau et des mesures historiques des différences de pression avec de l’eau dans une colonne.
Unités de colonne liquide
Les dispositifs de mesure de la pression les plus anciens étaient souvent fabriqués en utilisant un liquide dans un tube en U transparent. Si la pression aux deux extrémités du tube est la même, le niveau de liquide des deux côtés est le même. Mais s’il y a une différence de pression, alors les niveaux de liquide sont différents. La différence de niveau est linéairement proportionnelle à la différence de pression. En pratique, vous pouvez laisser un côté du tube ouvert à la pression atmosphérique de la pièce et raccorder la pression à mesurer de l’autre côté. Comme elle est comparée à la pression atmosphérique du moment, le type de pression mesurée est une pression relative.
L’échelle de pression est marquée sur le tube, de sorte que vous lisez la pression en relevant la différence entre les niveaux de liquide. Quand une pression est appliquée, le niveau du liquide change et on peut lire la valeur. Ceci semble très simple: pas d’électronique ni de pièces d’usure, alors qu’est-ce qui pourrait mal tourner ? Et bien, voyons cela.
Le liquide le plus communément utilisé dans la colonne était bien évidemment l’eau. Mais afin de pouvoir mesurer des pressions plus élevées avec un tube en U plus petit, il fallait utiliser des liquides plus lourds. Un de ces liquides est le mercure (Hg), car il est beaucoup plus lourd que l’eau (13,6 fois plus lourd). Quand vous utilisez un liquide plus lourd, vous n’avez pas besoin d’avoir cette longue colonne pour mesurer des pressions plus élevées, et donc vous pouvez utiliser une colonne plus petite et plus pratique. Par exemple, dans le passé (et parfois encore maintenant), la pression sanguine étaient mesurée à l’aide d’une colonne de mercure. Le mercure est
principalement utilisé parce qu’une colonne d’eau pour la même plage de pression serait si longue qu’elle ne serait pas pratique à utiliser dans une pièce de taille normale, car la colonne d’eau est environ 13,6 fois plus longue que la colonne de mercure. Par conséquent, même aujourd’hui, l’unité de pression que l’on utilise typiquement pour la pression sanguine est le millimètre de mercure (mmHg).
Une application industrielle commune où l’on utilise les unités de pression en colonne de liquide est la mesure du niveau de liquide dans un réservoir. Par exemple, si vous avez un réservoir d’eau de 20 pieds (ou 6 mètres) de hauteur et vous voulez mesurer le niveau de l’eau dans ce réservoir, il semble assez logique d’installer un indicateur de pression avec une échelle de 0 à 20 pieds d’eau, car ceci vous indiquerait directement le niveau de l’eau (13 pieds, sur l’image d’exemple).
Retour à la colonne d’eau : Il est clair que lorsque l’indication de longueur a été créée sur une colonne en U, de nombreuses unités de longueur ont été utilisées, métriques et non métriques. Ceci a généré l’apparition de nombreuses unités de pression différentes.
Bien qu’une colonne de liquide semble très simple, il est important de se souvenir que le poids du liquide dépend de la gravité locale. Donc, si vous étalonnez la colonne à un endroit et l’emmenez à un autre (loin, avec une élévation différente), il est possible qu’elle ne mesure plus correctement. Donc pour être précis, une correction de la gravité est nécessaire.
De plus, la température du liquide affecte sa densité, ce qui affecte aussi légèrement les relevés sur un tube en U. Diverses unités de pression sont basées sur la colonne de liquide avec la température du liquide spécifiée dans l’unité de pression. Les températures les plus communément utilisées sont 0 °C, 4 °C, 60 °F, 68 °F. Mais certaines unités de colonne d’eau n’indiquent pas la température de l’eau. Ces dernières sont basées sur une densité théorique de l’eau, c’est-à-dire 1 kg/1 litre (ISO31-3, BS350). En pratique, l’eau n’a jamais cette densité. La densité la plus élevée que l’eau puisse avoir est à +4 °C (39,2 °F), où elle est d’environ 0,999972 kg/litre. La densité de l’eau baisse si la température est supérieure ou inférieure à +4 °C. La température peut avoir un effet assez important sur la densité, par exemple en passant de +4 °C à +30 °C, la densité de l’eau varie d’environ 0,4%.
Enfin, la lisibilité d’une colonne de liquide mécanique est souvent assez limitée. Vous ne pouvez donc pas obtenir de mesures très précises. Et à cause des limites mécaniques, vous ne pouvez pas utiliser un tube en U pour les pressions élevées.
Tous les problèmes mentionnés ci-dessus font que le tube en U de colonne de liquide n’est pas très pratique à utiliser. De plus, les appareils de mesure de la pression numériques modernes ont remplacé les colonnes de liquide. Mais un grand nombre des unités de pression créées à l’époque des colonnes de liquide sont restées et sont toujours utilisées aujourd’hui. Pour résumer brièvement les unités de pression basées sur la colonne de liquide:
• Pour la longueur, nous avons de nombreuses unités : mm, cm, m, pouce et pieds.• Puis, nous avons des colonnes pour différents liquides, comme l’eau (H2O) et le mercure (Hg).
• Nous avons des unités de colonne d’eau pour différentes densités selon la température, comme 0 °C, 4 °C, 60 °F et 68 °F et pour les densités théoriques.
En combinant toutes ces unités, nous obtenons une longue liste d’unités de pression, pour n’en mentionner que quelques-unes : mmH₂O, mH2O, mmHg, cmHg, mHg, iwc, inH2O, ftH2O, inHg, mmH2O@4°C, mmH2O@60°F, mmH2O@68°F, cmH2O@4°C, cmH2O@60°F, cmH2O@68°F, inH2O@60°F, inH2O@68°F, inH2O@4°C, ftH2O@60°F, ftH2O@68°F, ftH2O@4°C et ainsi de suite.
Unités atmosphériques
Pour la mesure de la pression atmosphérique, des unités de pression dédiées ont été créées. L’une d’entre elles est l’atmosphère standard (atm) qui est définie comme étant de 101 325 Pascal. Pour ajouter à la confusion, il existe également une atmosphère technique (at), qui est assez proche mais pas tout à fait la même que l’atm. L’atmosphère technique est un kilogramme-force par centimètre carré. Donc 1 at est égale à environ 0,968 atm.
Une autre unité de pression utilisée pour mesurer la pression atmosphérique est le torr, qui représente 1/760 de l’atmosphère standard. Donc le torr est une pression absolue, bien que ceci n’est habituellement pas mentionné. Il faut simplement le savoir, ce qui peut mener à encore plus de confusion. Initialement, le torr était supposé être la même chose que 1 millimètre de mercure, bien que les définitions ultérieures indiquent une très petite différence entre les deux. Le torr ne fait pas partie du système SI.
Et bien plus encore...
En plus de toutes les unités de pression ci-dessus, il en existe encore bien plus...
Par exemple, dans un calibrateur MC6 de Beamex, il existe plus de 40 unités de pression différentes, plus quelques unités personnalisables pour ceux qui aiment les défis.
Étalons de conversion des unités de pression
Si vous travaillez avec des pressions, vous savez qu’il est habituel qu’une pression soit indiquée dans une certaine unité de pression et qu’il vous faille la convertir en une autre unité de pression.
Les unités de pression sont basées sur des références et la conversion entre les unités doit aussi être basée sur des étalons. Les étalons les plus communs pour les unités de pression sont :
• Système SI
• ISO31-3, Seconde édition, 1992-09-01
• BS350 Partie 1 : 1974
• PTB-Mitteilungen 100 3/90
• Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, 6e éd., 1984
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OUTIL DE CONVERSION DES UNITÉS DE PRESSION
J’ai essayé de créer un tableau de conversion entre les différentes unités de pression, mais ce tableau est vite devenu une énorme matrice qui ne serait pas facile du tout à utiliser. Alors au lieu de créer un tableau de conversion, nous avons développé un convertisseur d’unités de pression en ligne que vous pourrez trouver sur notre site Web. Avec ce convertisseur, vous pouvez facilement convertir un relevé de pression dans d’autres unités.
Cliquez sur le lien ci-dessous pour jeter un oeil sur notre convertisseur d’unités de pression : Beamex pressure calibration tools
Original blog post: Pressure units and pressure unit conversion
Published: Feb. 8th, 2017
Written by: Heikki Laurila
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