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Qu'est-ce qu'un manomètre: fonctionnement, types et applications

Le manomètre est un instrument utilisé pour mesurer la pression des fluides et des gaz à l’intérieur d’un système fermé. Les manomètres industriels sont essentiels pour la surveillance et la sécurité des installations, car ils permettent de contrôler que la pression reste dans des limites de fonctionnement correctes.

Ces instruments sont utilisés dans de nombreux secteurs, notamment l’industrie chimique, les installations industrielles, l’oléodynamique, l’air comprimé et les systèmes de distribution de gaz.

Il existe différents types d’instruments selon la technologie, les pressions et ce que l’on doit mesurer.

Un peu d’histoire

En 1644, Evangelista Torricelli conçut le principe du baromètre, en construisant ce que l’on appelle aujourd’hui le tube de Torricelli et en identifiant le vide torricellien. Torricelli et Viviani démontrèrent que le vide peut exister dans la nature et que l’air a un poids. L’unité privilégiée par les normes européennes est le bar pour les pays utilisant le système métrique et le psi pour les pays anglo-saxons. Une unité de mesure de la pression a été appelée torr en son honneur, tandis que l’unité du Système international est le Pa, en hommage à un autre illustre physicien, Pascal, qui approfondit et améliora la théorie de la pression atmosphérique décrite par Torricelli. Le mot baromètre, forgé par Boyle en 1667, est aujourd’hui presque toujours associé au nom de Torricelli, qui figure ainsi parmi les scientifiques italiens les plus célèbres dans le monde. Eugène Bourdon (Paris, 8 avril 1808 – Paris, 29 septembre 1884) fut un ingénieur et horloger français. En 1849, il inventa le manomètre Bourdon, un instrument de mesure de la pression encore utilisé aujourd’hui. À l’époque, le manomètre Bourdon pouvait mesurer des pressions atteignant plusieurs centaines d’atmosphères, ce qui était impensable jusque-là, et son introduction a apporté une contribution considérable à la sécurité des générateurs de vapeur. Pour exploiter le brevet, il fonda la société Bourdon Sedeme.

À quoi sert un manomètre

La pression est l’un des paramètres fondamentaux dans les processus industriels. Les manomètres industriels permettent de contrôler et de réguler le fonctionnement des installations et des machines, en évitant les anomalies de fonctionnement.

Sécurité des installations. La surveillance de la pression est essentielle pour prévenir les surpressions susceptibles de provoquer des dommages ou des situations dangereuses, pour vérifier que les installations sont sous pression (exemple : lutte contre l’incendie), pour contrôler qu’une machine est en fonctionnement (exemple : compresseurs) ou encore pour vérifier l’étanchéité correcte d’un circuit (exemple : installations de climatisation). C’est pourquoi les manomètres pour installations industrielles sont des composants fondamentaux des systèmes de sécurité.

Le contrôle des processus industriels ; la pression est souvent fondamentale pour la bonne réussite du produit que l’on souhaite réaliser : mortiers cimentaires, pâtes alimentaires, colles, etc., sont liés à la pression. La réussite du produit est conditionnée par la gestion de la pression, paramètre fondamental dans les processus de production industrielle :

Applications

Les manomètres industriels sont utilisés dans de nombreux domaines :

• air comprimé (link https://www.bart-e.com/fr/manometri/cassa-metallica.php)
• installations hydrauliques (link https://www.bart-e.com/fr/manometri/a-bagno-glicerina.php)
• installations de gaz (Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/capsula.php)
• industrie chimique (Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/tutto-inox-atex.php)
• industrie alimentaire (Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/separatori.php)
• installations énergétiques (Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/digitali.php)

Comment fonctionne un manomètre

Le fonctionnement d’un manomètre repose sur la transformation de la pression du fluide en mouvement mécanique ou en signal électronique.

Dans les manomètres industriels les plus courants, la pression agit sur un élément élastique (comme un tube Bourdon ou une membrane) qui se déforme proportionnellement à la pression appliquée.

Le mouvement généré par la déformation est transmis à une aiguille au moyen d’un mécanisme d’horlogerie ou d’une crémaillère qui indique la valeur de la pression sur une échelle graduée.

Types de manomètres

Les différents types de manomètres sont conçus pour s’adapter à des conditions d’utilisation spécifiques et à différents champs de pression.

Manomètres à tube Bourdon

Les manomètres à tube Bourdon sont les plus répandus parmi les manomètres industriels.

Caractéristiques :

• large plage de pression
• robustesse
• grande fiabilité

Ils se caractérisent par un ressort courbé en C ou hélicoïdal qui, soumis à la pression, tend à se redresser. Le mécanisme d’horlogerie traduit cet allongement en un déplacement de l’aiguille sur le cadran. Ils sont utilisés dans la majorité des installations industrielles et dans les applications techniques.

Ce type est le plus répandu grâce à sa robustesse, à sa rapidité de lecture, à sa sécurité et à la large gamme d’échelles disponibles. Ils peuvent être fabriqués à partir de différents matériaux pour des utilisations au contact de diverses substances (voir tableau de compatibilité chimique (Link https://www.bart-e.com/fr/download/compatibilita-chimicha-ITA.pdf) et peuvent être équipés de séparateurs, de contacts électriques, d’index de référence, de différents types de raccordement (voir tableau des filetages Link https://www.bart-e.com/fr/filettature.php) et ainsi de suite. Ils peuvent également être remplis d’un liquide amortisseur (généralement de la glycérine) qui évite la « disparition » de l’aiguille due aux vibrations et protège contre les variations continues de pression et les coups de bélier.

Manomètres à membrane

Les manomètres à membrane sont utilisés lorsqu’il est nécessaire de mesurer de basses pressions ou lorsqu’le fluide peut être agressif ou contaminé.

Applications typiques :

• industrie chimique
• installations de filtration
• systèmes de vide

Ce sont des manomètres dont le mouvement est constitué d’une crémaillère directement reliée à une membrane. Ils n’ont pas une large gamme de pressions, mais ils sont très utilisés pour les basses pressions, également en présence de glycérine ou de contacts électriques, et lorsque l’on souhaite séparer le procédé des parties internes du manomètre.

Ils sont souvent réalisés en matériau anticorrosion, devenant ainsi des manomètres inox adaptés aux environnements corrosifs. (vedi link https://www.bart-e.com/fr/manometri/membrana.php)

Manomètres à capsule

Ils sont utilisés pour les basses pressions. Généralement pour le gaz méthane, la ventilation, l’aspiration ouverte.

Dans ce cas, les deux membranes sont reliées entre elles en créant un petit « poumon » qui se gonfle et/ou se dégonfle. Cette dilatation est traduite par un mécanisme en rotation de l’aiguille sur le cadran.

Manomètres à colonne liquide

Les manomètres à colonne liquide sont utilisés pour des mesures très précises, principalement dans :

• laboratoires
• étalonnages
• applications scientifiques

Bien qu’ils soient aujourd’hui peu utilisés, ils restent toutefois parmi les instruments les plus fiables grâce à leur simplicité. Ils sont constitués d’un tube (généralement transparent) courbé en U et rempli d’un liquide. Une extrémité du tube est laissée ouverte à l’atmosphère, tandis que l’autre est directement reliée au procédé à mesurer. La hauteur du liquide donnera la pression en colonne, indiquée sur une échelle graduée. Voir également le tableau de conversion. (link https://www.bart-e.com/fr/scale.php)

Voir la fiche de notre produit https://www.bart-e.com/fr/manometri/particolari/Metal-U-manometer.php

Manomètres numériques

Les manomètres numériques utilisent des capteurs électroniques de pression et offrent :

• lecture sur écran
• haute précision
• possibilité d’enregistrement des données

Ils sont de plus en plus utilisés dans les systèmes de contrôle modernes pour leur polyvalence et la possibilité d’appliquer des fonctions et contrôles automatiques. Leurs fonctionnalités peuvent être transférées et reliées à des logiciels de gestion de processus. (vedi link https://www.bart-e.com/fr/manometri/digitali.php)

Manomètres à glycérine

Les manomètres Bourdon et à membrane peuvent être remplis de glycérine. La glycérine est une huile végétale qui agit comme « amortisseur » du mouvement et de l’aiguille. Les manomètres à glycérine (vedi link https://www.bart-e.com/fr/manometri/a-bagno-glicerina.php) peuvent également être remplis d’huile silicone, mieux adaptée aux températures extrêmes..

Le remplissage à l’huile permet de :

• réduire les vibrations de l’aiguille
• améliorer la stabilité de la lecture
• protéger le mécanisme interne

C’est pourquoi ils sont très utilisés dans des environnements industriels soumis à des vibrations, comme :

• compresseurs
• pompes
• installations oléodynamiques.

Pourquoi y a-t-il une bulle d'air dans la glycérine ?

La glycérine (ou d'autres liquides de remplissage), comme indiqué, sert à amortir les vibrations, à protéger le mécanisme interne, et à améliorer la lisibilité de l'aiguille. Mais la glycérine se dilate sous l'effet de la température. Si le manomètre était rempli à 100 % : lorsque la température augmente, la pression interne augmenterait, ce qui entraînerait des erreurs de mesure, voire des dommages (déformations, fuites). La bulle d'air fait office de « chambre de compensation » pour cette expansion.

Selon quelle règle le remplit-on ?

Il n'existe pas de « pourcentage unique » valable pour tous, mais on suit une règle technique établie (normes + pratiques de fabrication) qui prévoit environ 80 à 90 % de liquide et 10 à 20 % d'air. Cela varie en fonction du diamètre du manomètre, du type de liquide (glycérine, silicone, etc.) et de la plage de température prévue.

La norme principale est la norme EN 837-1. Elle ne mentionne pas de pourcentage précis, mais stipule que le manomètre doit garantir précision et sécurité et que le remplissage doit éviter les surpressions internes dues à la température.

La présence de la bulle est donc une conséquence technique nécessaire pour respecter la norme.

Accessoires

Des contacts électriques peuvent être appliqués aux manomètres (VEDI Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/contatti-elettrici.php) ou des séparateurs de fluide afin d’éviter que le procédé n’entre à l’intérieur de l’élément élastique, qui perdrait alors sa fonction (VEDI Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/separatori.php).

En outre, il est possible d’installer des robinets pour isoler le manomètre et le protéger et/ou des siphons pour l’éloigner des sources de chaleur (VEDI link https://www.bart-e.com/fr/manometri/porta-manometri.php)

Composants d’un manomètre

Un manomètre industriel est composé de plusieurs éléments fondamentaux.

Le boîtier protège les composants internes. Il peut être en ABS, métallique ou en inox. Généralement, le boîtier inox assure l’étanchéité, pour l’extérieur ou les environnements agressifs.

L’élément élastique qui, comme nous l’avons vu, peut être un tube Bourdon, un tube hélicoïdal, une membrane, une capsule, et qui transforme la pression en mouvement mécanique.

Le mécanisme qui transforme le mouvement mécanique linéaire en mouvement circulaire.

Le cadran, qui est la surface graduée sur laquelle la pression est indiquée.

L’aiguille, qui indique la valeur de la pression sur l’échelle.

Le raccord, qui peut être fileté, à bride, clamp et permet le raccordement du manomètre à l’installation ou à la tuyauterie.

Comment choisir le bon manomètre

Le choix du manomètre correct dépend de plusieurs facteurs. Quelles questions dois-je me poser ?

La première est l’étendue de mesure. En général, les manomètres ne doivent pas dépasser 75 % de la valeur de pleine échelle avec des pressions statiques et 60 % de la pleine échelle pour les pressions pulsatoires.

La deuxième est l’environnement d’utilisation. Pour les environnements agressifs ou les industries chimiques, on utilise des manomètres inox, de même que pour l’industrie pharmaceutique et l’industrie alimentaire. Pour tous les autres cas, le laiton peut convenir.

Troisièmement, comment le raccorder à la pression ? Le raccord est généralement fileté en 1/8”, 1/4”, 3/8” qui devient obsolète, 1/2”, mais il peut aussi être à bride ou clamp. Il faut aussi choisir où l’on veut le raccordement. S’il convient en dessous, il est radial ; à l’arrière, il est postérieur ; si je veux le fixer sur un panneau, j’ai deux possibilités : la bride à trois trous, dont l’avantage est une application frontale sans devoir accéder à l’arrière du panneau, ou l’étrier qui a une meilleure esthétique, prend moins de place mais ne peut être monté que depuis l’arrière du panneau.

Quatrième question : la taille. Elle doit être évaluée en fonction, bien sûr, de l’encombrement disponible et de la distance par rapport à l’opérateur. Le diamètre du cadran influence la lisibilité de l’instrument. S’il est petit, il prend peu de place ; s’il est grand, on le voit mieux.

Les diamètres sont 25, 40, 63, 80 qui devient obsolète, 100, 150, 200, 250. Il existait un 125/130 mais il est obsolète.

En cas de vibrations ou de chocs mécaniques, il est préférable d’utiliser des manomètres à glycérine.

Remarque concernant la dimension. Avoir un grand manomètre parce qu’il est éloigné, avec remplissage de glycérine, n’a pas beaucoup de sens : s’il est éloigné, on peut aussi le placer loin des vibrations.

Comment lire un manomètre

Le cadran présente une échelle graduée qui indique la pression. La tolérance de lecture dépend de la classe de précision et du type d’aiguille. Dans les manomètres de précision, les manomètres étalons primaires, l’aiguille est à couteau et le cadran avec miroir antiparallaxe facilite la meilleure lecture possible.

La plupart des manomètres mesurent la pression relative, c’est-à-dire la pression créée à l’intérieur d’un circuit fermé sans tenir compte de la pression atmosphérique.

Si l’on veut prendre en compte la pression atmosphérique, on parle de manomètre absolu qui, au repos, part de 1 (+- la pression atmosphérique) et où 0 (zéro) correspond au vide absolu, qui peut être mesuré avec des manomètres spécifiques (vedi Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/particolari/assoluto.php)

Les unités les plus courantes sont le BAR (cité comme préféré par la norme EN 837) pour les pays utilisant le système métrique décimal et le PSI pour les pays anglo-saxons. Le Pa a essayé de s’imposer depuis l’institution du système international en 1960, mas étant très petit, il a trouvé peu de place en dehors de ses multiples.

Les manomètres sont étalonnés pour offrir une précision optimale, en particulier entre 10 % et 90 % de la pleine échelle.

La classe de précision correspond au pourcentage de la pleine échelle. Le résultat obtenu correspond à l'erreur maximale autorisée pour le manomètre, qu'il s'agisse d'une valeur supérieure ou inférieure.

Dans les manomètres les plus courants (à tube de Bourdon), la mesure résulte de la déformation d'un tube élastique courbé.

Le déplacement de l'extrémité du tube est ensuite converti en rotation de l'aiguille.

La relation entre pression → déformation → déplacement n'est pas parfaitement linéaire. L'échelle peut être « comprimée » ou « étendue » pour améliorer la lecture en plaçant le milieu de l'échelle en dehors du centre parfait du manomètre.

Normes et standards des manomètres

Les manomètres industriels doivent respecter des standards techniques spécifiques et sont cités dans différentes normes.

La norme EN 837 est celle qui définit les exigences techniques des manomètres mécaniques, notamment :

• caractéristiques de construction
• sécurité
• classes de précision
• champs de mesure

La classe de précision indique la tolérance par rapport à la pression de référence, exprimée en pourcentage par rapport à la valeur de pleine échelle (ou à l’étendue totale). Le résultat correspond à l’erreur maximale admissible.

Applications industrielles des manomètres

Les manomètres industriels trouvent application dans de nombreux secteurs.

Manomètres pour air comprimé

Utilisés dans les compresseurs et dans les réseaux pneumatiques pour contrôler la pression de l’air.

Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/cassa-metallica.php

Manomètres pour installations hydrauliques

Utilisés pour surveiller la pression de l’eau ou d’autres fluides dans les circuits hydrauliques.

Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/a-bagno-glicerina.php

Manomètres pour gas

Utilisés dans les systèmes de distribution et de stockage des gaz techniques et industriels.

Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/capsula.php

Manomètres pour l’industrie chimique

Dans les environnements chimiques, on utilise souvent des manomètres inox ou des instruments avec séparateur pour résister aux fluides corrosifs.

Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/tutto-inox-atex.php

Manomètres numériques

Haute précision et polyvalence

Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/digitali.php

Enregistreurs de pression

Manomètres permettant d’enregistrer la pression dans le temps.

Link https://www.bart-e.com/fr/manometri/registratori.php

Questions fréquentes sur les manomètres

Quelle différence y a-t-il entre un manomètre et un baromètre

Le manomètre mesure la pression d’un fluide dans un système fermé, tandis que le baromètre ou manomètre absolu mesure la pression atmosphérique.

Comment calibre-t-on un manomètre

Le calibrage s’effectue en comparant l’instrument à un étalon de référence certifié. Ce contrôle peut être effectué par un laboratoire ACCREDIA (LAT) ou par nous avec traçabilité Accredia.

Quand dois-je le remplacer

Les manomètres industriels doivent être vérifiés périodiquement et remplacés si la précision n’entre plus dans les tolérances prévues.

À quelle fréquence dois-je le contrôler

À vous de décider !

La norme ISO 9001 dit [...] Lorsque la surveillance ou la mesure sont utilisées pour vérifier la conformité des produits et services aux exigences, l’organisation doit déterminer et mettre à disposition les ressources nécessaires pour assurer des résultats valides et fiables [...].

Dans le cas d’un certificat d’étalonnage, la fréquence est entendue comme une évaluation du risque que cet instrument ne soit plus fiable. Sa vérification et sa surveillance doivent être mentionnées dans les procédures de chaque entreprise (organisation).

Deux exemples extrêmes :

le manomètre est sur un fourgon/atelier, il contrôle des installations et des équipements chaque jour, avec différents opérateurs ; son intégrité est quotidiennement à risque. Sa vérification devrait être très fréquente.

Un autre achète un instrument parce qu’en cas de nécessité il doit pouvoir démontrer que l’installation ou l’équipement est efficace. Il ne l’utilise jamais. Dans ce cas, il peut être contrôlé rarement.

La pratique la plus courante est une fois par an, comme les audits des organismes certificateurs.

Quels certificats puis-je demander?

Parler de certificats ouvre tout un monde. La conformité aux normes techniques constitue la base et vous la trouvez gratuitement dans la fiche article (ici un exemple link https://www.bart-e.com/fr/download/Dichiarazione_CE_Manometri_150.pdf) .

Si vous la souhaitez avec votre référence de commande, le code article, elle doit être demandée au plus tard au moment de la commande. Il est préférable de demander toutes les certifications souhaitées dès la phase d’offre : certaines peuvent être payantes, d’autres ne relèvent pas des réglementations que nous suivons.

Pourquoi utilise-t-on le bar?

Bien que le Système international utilise le pascal, dans la pratique technique (installations, manomètres, oléodynamique, pneumatique), on utilise presque toujours le bar. La raison est très simple : le pascal est trop petit.

Le rapport est un multiple exact de 10 (1 bar = 100.000 Pa oppure 10 Mpa)

Exemple typique : pression atmosphérique ≈ 101 325 Pa. L’écrire en pascals est peu pratique. Avec le bar, cela devient : pression atmosphérique ≈ 1,013 bar. Beaucoup plus simple à lire sur les instruments et les schémas.

Dans l’instrumentation industrielle, le bar est parfait pour les échelles de mesure:
Eau domestique entre 2 et 5 bar ; air comprimé entre 6-10 bar, installations hydrauliques entre 10 et 200 bar ; en oléodynamique entre 200 et 400 bar.

Si l’on utilisait les pascals, l’échelle serait moins lisible sur un instrument.

Pourquoi y a-t-il une bulle d'air dans la glycérine ?

La glycérine (ou d'autres liquides de remplissage), comme indiqué, sert à amortir les vibrations, à protéger le mécanisme interne, et à améliorer la lisibilité de l'aiguille. Mais la glycérine se dilate sous l'effet de la température. Si le manomètre était rempli à 100 % : lorsque la température augmente, la pression interne augmenterait, ce qui entraînerait des erreurs de mesure, voire des dommages (déformations, fuites). La bulle d'air fait office de « chambre de compensation » pour cette expansion.

Selon quelle règle le remplit-on ?

Il n'existe pas de « pourcentage unique » valable pour tous, mais on suit une règle technique établie (normes + pratiques de fabrication) qui prévoit environ 80 à 90 % de liquide et 10 à 20 % d'air. Cela varie en fonction du diamètre du manomètre, du type de liquide (glycérine, silicone, etc.) et de la plage de température prévue.

La norme principale est la norme EN 837-1. Elle ne mentionne pas de pourcentage précis, mais stipule que le manomètre doit garantir précision et sécurité et que le remplissage doit éviter les surpressions internes dues à la température.

La présence de la bulle est donc une conséquence technique nécessaire pour respecter la norme.