vignette| Manomètre haute-pression (0-2500 bar), également gradué en psi. vignette|Manomètre 0-600 bar. Cet appareil est ici un manomètre à tube de Bourdon. vignette|Manomètre manuel d'une station de gonflage. Un manomètre est un instrument servant à mesurer une pression. On a développé depuis les débuts de l'époque moderne de nombreux appareils pour mesurer les pressions et le degré de vide : ces instruments de mesure sont appelés tantôt capteurs de pression, tantôt sondes (pour le degré de vide).
Une sonde manométrique sert à mesurer la pression dans le vide ; on y distingue plusieurs catégories selon la pression, pouvant aller du vide industriel ou grossier à l'ultravide. Les domaines d'application des différents appareils de mesure des pressions se recouvrent en partie ; ainsi, en combinant plusieurs instruments, il est possible de mesurer les pressions sur un spectre continu variant de 10 à .
Remarques d'ensemble La pression de référence Les mesures de pression comme la pression des pneus se font généralement par rapport à la pression de l'air ambiant. Les mesures scientifiques, en revanche, se font par rapport à un vide relatif ou une pression de référence pertinente. Pour distinguer ces zéros de pression servant de référence, on parle ainsi de : pression absolue lorsque la pression est exprimée par rapport au vide ; pression relative lorsque la pression est exprimée par rapport à la pression de l'air ambiant ; une pression exprimée ainsi est donc égale à la pression absolue diminuée de la pression atmosphérique. On évite généralement de noter le signe des pressions négatives ; la pression différentielle est l'écart de pression entre deux points.
Le zéro de pression se déduit généralement du contexte, et on ne le précise que dans les cas ambigus. La pression pneumatique et la pression sanguine sont conventionnellement des pressions relatives, alors que la pression atmosphérique, la pression dans une enceinte à vide poussé, et la pression altimétrique doivent être données comme pressions absolues. Les pressions différentielles interviennent fréquemment en contrôle-commande. Les manomètres à pression différentielle comportent deux valves d'entrée, qui sont connectées à chacune des deux enceintes dont on veut comparer la pression. Cet appareil se comporte exactement comme un soustracteur analogique, et épargne au technicien l’examen des deux valeurs et l’opération mentale de comparaison. Pour ce qui est des manomètres utilisés dans les enceintes où l’on doit réaliser un vide relatif, la nature de la pression marquée par l'appareil est ambiguë : selon les cas ou le degré de sophistication de l'appareil, on lira une pression absolue, ou une pression indiquée (qui est une dépression par rapport à la pression atmosphérique, eu égard à la nature de l'opération) sans que l’on précise le signe « - ». Ainsi un vide de (pression indiquée) équivaut à une pression absolue de = (pression atmosphérique) − .
La pression atmosphérique est en moyenne de au niveau de la mer. Elle dépend en effet de l’altitude et de la météorologie. Si la pression absolue d’un fluide demeure constante, la pression indiquée pour ce même fluide va, par définition, dépendre de la pression atmosphérique. Par exemple, lorsqu’une voiture roule vers le sommet d’une montagne, la pression de l’air atmosphérique décroît et la pression des pneus augmente. On donne ou comme valeur standard de la pression atmosphérique, et certains appareils prennent systématiquement ces valeurs fixes comme zéro de référence au lieu de la pression atmosphérique instantanée (qui est variable). Ce choix affecte la précision de la mesure, particulièrement lorsque l’on opère à des altitudes différentes ou sur des plages de temps longues.
Le choix de la pression atmosphérique comme pression de référence se marque généralement par la précision « (g) » après l’unité de pression : par exemple, l'indication « (g) » signifie que la pression mesurée est la pression totale diminuée de la pression atmosphérique. Il y a deux spécifications de pressions indiquées : « avec une cellule manométrique ouverte » (, mention vg), « avec une cellule manométrique fermée » (angl. , sg).
Un manomètre ouvert laisse agir la pression de l’air ambiant sur la membrane (ou diaphragme) fermant la cellule de mesure. L’air est mis en communication par l’intermédiaire d’un flexible ou d’une soupape sur le côté de l’appareil, de sorte que l’on mesure toujours la pression par rapport à la pression barométrique. Ainsi avec un manomètre ouvert il faut toujours commencer par faire le zéro une fois qu'on a mis la cellule en communication avec l’air ambiant.
Dans un manomètre fermé, un volume d’air réputé une fois pour toutes « à la pression atmosphérique » est scellé dans une capsule fermée par un diaphragme ; ce diaphragme (lame flexible ou membrane) est d'autre part en communication avec l’enceinte de mesure. On adopte plutôt ce système pour la mesure des pressions élevées comme en hydraulique où les variations de la pression atmosphérique n’ont qu’un effet négligeable sur la précision du résultat. Pour de tels dispositifs, certains fabricants prévoient une seconde enceinte de confinement à la pression de référence, au cas où la pression de claquage du diaphragme aurait été dépassée.
Un manomètre fermé mis à la pression de référence ne marquera jamais exactement l’indication zéro car la pression atmosphérique est variable et la pression de référence correspond à l'indication au cadran de .
Une mesure de pression absolue donne la pression en référence au vide absolu. Le meilleur exemple d’une telle valeur est celui de la pression atmosphérique. Les manomètres permettant d’effectuer ce genre de mesure comportent une capsule où l’on a pratiqué un vide poussé d’un côté du diaphragme. Si par exemple on remplit la cellule d’air ambiant, l’appareil indiquera la valeur absolue de la pression barométrique.
Choix d'une unité de mesure
L’unité de pression SI est le pascal (Pa), égal à . Le nom de cette unité a été adopté par la Commission internationale des poids et mesures en 1971 ; auparavant, l’unité SI de pression était notée . Le zéro de pression, lorsqu’il est spécifié, est donné entre parenthèses à la suite de l’unité ; par exemple, on peut trouver : (abs).
Comme très longtemps les appareils à colonne de liquide ont été les seuls manomètres connus, les pressions continuent d'être données en hauteur équivalente de liquide : il s’agit le plus souvent du mercure (Hg) ou de l’eau ; l’eau n’est pas toxique et elle est disponible en abondance ; quant au mercure, sa densité élevée permet de réaliser des appareils de taille raisonnable, même pour des pressions importantes.
La densité du fluide et l’intensité de la gravité locale peuvent varier d’une expérience de mesure à l’autre selon le lieuVoir l’article gravimétrie. : la hauteur d’une colonne de liquide ne mesure donc pas fidèlement la pression. Lorsqu’une pression est donnée en « millimètre de mercure », cela ne signifie pas que la mesure a été réellement faite avec un instrument à colonne de mercure, mais il faut comprendre que la valeur résulte d’une conversion précise en termes d’unités SI. Les pressions données en charge hydraulique équivalente (« mètre d'eau ») s’appuient sur l’ancienne définition du kilogramme, comme la masse de d’eau à .
Quoique méprisées des métrologues, ces unités manométriques demeurent d’usage courant dans de multiples domaines d'activités. La pression sanguine se mesure en millimètres de mercure (voir torr) dans la plupart des pays du monde, et pour l’air des poumons le centimètre d’eau est toujours d’un usage courant. La pression du gaz naturel (charge hydraulique) des gazoducs est mesurée en bars en France, mais elle est exprimée en ( WC) dans les pays anglo-saxons. Les adeptes de la plongée adoptent souvent la règle de l’art suivante : tous les de profondeur, la pression s'accroît de . Dans les systèmes à faire le vide, les unités les plus fréquentes sont le torr et le micromètre de mercure (« micron »). Le torricelli et le micron sont des mesures de pression absolue.
On donne généralement les pressions atmosphériques en kilopascals (kPa), ou atmosphères (atm)Les météorologues américains continuent en revanche d'utiliser l’hectopascal (hPa) et le millibar (mbar). Les ingénieurs américains et canadiens expriment les contraintes en kip.. Dans le vieux système CGS, l’unité de pression était la barye (ba), égale à . Dans le système mts, c'était le pièze, égal à .
On trouve encore bien d’autres unités hybrides comme le mmHg/cm ou le g×force/cm (parfois kg/cm ou sans que l'on spécifie clairement la conversion de « masse » en « force »). Du reste l’emploi des termes de « kilogramme » et « gramme » comme unités de force, aussi bien que l’emploi des termes de « kilogramme-force », « gramme-force » et leurs symboles est proscrit par le Système métrique International : la seule unité de force en SI est le newton (N).
Pression statique, pression dynamique La pression statique, qui est la pression mesurée dans un fluide au repos, est uniforme dans toutes les directions ; aussi, les mesures de pression sont indépendantes de la direction dans laquelle elles sont effectuées. Dans un écoulement, au contraire, il faut qu'il existe une différence de pression entre les deux sections perpendiculaires à la direction d'écoulement, les différences de pression dans les plans parallèles à cette direction étant insensibles. Cette composante directionnelle de la <différence de> pression dans un fluide en mouvement est appelée pression dynamique.
Pour un jet fluide pesant de vitesse homogène V, la pression dynamique est donnée par
avec : q : pression dynamique du fluide en Pa ; ρ (rho) : masse volumique du fluide en kg/m ; V : vitesse de déplacement relative au fluide en m/s.
Un piézomètre interposé dans l'axe de l'écoulement mesure la somme de la pression statique et de la pression dynamique, appelée pression totale ou pression d'arrêt. Comme la pression dynamique est généralement mesurée en référence à la pression statique, ce n'est ni une pression indiquée, ni bien sûr une pression absolue, mais bien une pression différentielle.
Si la mesure de pression statique est essentielle pour estimer la contrainte dans les enceintes pressurisées, les conduites en charge et les réacteurs chimiques, la pression dynamique est reliée au débit de fluide et à sa vitesse. La pression dynamique s'obtient par une mesure de pression différentielle entre deux orifices de prise, l'un parallèle et l'autre perpendiculaire à l'écoulement (tube de Pitot, sonde de Prandtl). Les avions sont systématiquement équipés de ce genre d'appareils, qui donne leur vitesse relative par rapport aux masses d'airs environnantes. Il ne faut pas se cacher que la présence des buses de prise altère irrémédiablement l'écoulement ; il est donc capital d'optimiser leur « aérodynamique » ; malgré cela, du fait de la turbulence, les courbes d'étalonnage sont fréquemment non-linéaires.
Manomètres de référence On a inventé depuis le de multiples appareils pour mesurer les pressions, chacun avec ses avantages et ses inconvénients. Portée, sensibilité, temps de réaction et prix varient de plusieurs ordres de grandeur d'un instrument à l'autre. Le plus vieux manomètre à colonne de liquide (la cuve de mercure) a été inventé par Evangelista Torricelli en 1643. Le tube en U est dû à Christian Huygens en 1661. Ces manomètres, parce qu'ils mesurent directement la pression d'enceinte par un équilibre mécanique, demeurent malgré leur temps de réaction important et leur portée plus réduite indispensables à l'étalonnage de tous les autres capteurs de pression.
Manomètres hydrostatiques