Flu2-1 - Platine, cloche et manomètre pour vide
Fonction
Permettre des expériences à l’intérieur de la cloche où l’on fait le vide.
Description
Sur un plateau recouvert d’un tapis élastique faisant joint, on pose une cloche de verre à bord inférieur rodé. L’air contenu dans la cloche est évacué par un orifice situé au centre de la platine et relié à la pompe. Un manomètre (que Ganot appelle « éprouvette ») est une sorte de baromètre à siphon placé dans une cloche reliée à celle où l’on fait le vide ; c’est un tube en U contenant du mercure, l’une des branches est ouverte par où s’exerce la pression à mesurer ; l’autre branche est fermée et complètement remplie de mercure à la pression atmosphérique ; cette branche devrait avoir plus de 76 cm de haut pour qu’on y voie apparaître le vide barométrique. Le vide barométrique apparaît lorsque la pression qui s’exerce est de quelques cm de mercure. La pression est alors mesurée par la différence de hauteur du mercure dans les deux branches. Pour un vide égal à la tension de vapeur du mercure cette dénivellation s’annule.
La forme de cet appareil n’a guère évolué ; toutefois cette platine, telle que la décrit Ganot dans son traité de physique (1862) faisait un tout avec la pompe à vide à pistons. Le manomètre de notre appareil a disparu.
Histoire
Otto de Guéricke (1602-1686), bourgmestre de Magdebourg réalisa la première machine pneumatique à pistons, selon le principe des pompes aspirantes et foulantes à eau des fontainiers. Le vide est limité par l’espace résiduel entre le piston et le fond du cylindre et par la qualité des joints (cuir graissé). En remplaçant le piston solide par un piston de mercure qui épouse bien le fond du cylindre, l’allemand Heinrich Geissler (1815-1879) obtint en 1857 une pression de 0.01 mm de mercure. Wolfgang Gaede en 1905 réalise une pompe rotative à mercure. La même année, il obtient un vide limite de 0.002 mm de mercure avec une pompe à palettes.
Un jet de liquide (trompe à eau) ou de vapeur dans un ajustage de forme convenable peut entrainer des molécules de gaz : Maurice Leblanc en 1911 obtient 1 mm de mercure avec un éjecteur à vapeur d’eau.
Ces pompes fournissent un « vide primaire » à partir duquel on fait un vide plus « poussé ». Lorsque le libre parcours moyen est suffisamment grand, une molécule peut rebondir d’une paroi mobile à une paroi fixe sans rencontrer d’autres molécules, elle est alors entrainée par la paroi mobile (cylindre excentré) : tel est le principe de la pompe de Fernand Holweck (1922) qui fait passer d’un vide primaire de 20 mm de mercure à un vide de 10-6 mm de mercure. Avec une pompe à diffusion et condensation à vapeur de mercure, Irving Langmuir en 1916 obtint 2.10-6 mm de mercure. On est limité par la tension de vapeur du mercure (de l’ordre de 0.001 mm de mercure). On sait faire des huiles (pompes à huiles), graisses et mastics (pour joints) dont la tension de vapeur ne dépasse pas 10-8 mm de mercure. On peut évacuer les molécules résiduelles en les ionisant puis en les évacuant par l’action d’un champ électrique et d’un champ magnétique. On peut aussi les piéger chimiquement (getters) ou par adsorption à basse température.
On sait faire des vides extrêmement poussés, dans d’énormes volumes, pour réaliser les grands accélérateurs de particules (emploi de pompes évacuant plusieurs mètres cubes sous une pression inférieure à 10-4 mm de mercure).