La définition d’un capteur de pression englobe de nombreuses variantes

Certains capteurs, transducteurs ou transmetteurs de pression électroniques sont destinés à contrôler automatiquement, via une sortie analogique ou numérique, un signal d’activation ou de désactivation d’un système auquel il est relié en fonction d’une valeur de pression donnée. Ce type de transmetteur est nommé pressostats ou manostats, ces derniers agissent de manière similaire à un thermostat pour la température.

Une grande partie de manomètres actuels sont électroniques et numériques, basés sur une technologie de capteur de pression piézo-électrique. Ce type de cellule fonctionne en convertissant une énergie mécanique en signal électrique. La déformation de son matériau va créer un champ électrique qui est interprété au sein d’un capteur de pression électronique pour obtenir en sortie un résultat de mesure et un signal de transmission. Mais pour être indépendant de toute source d’énergie, et afin de fonctionner en toute circonstance, certaines installations exigent plutôt un modèle de manomètre à colonne de liquide. 

Ces derniers se trouvent souvent en entrée et sortie des zones à atmosphère contrôlée, dans les lieux critiques comme les hôpitaux, où les coupures de courant pourrait supprimer le signal de transmission d’un capteur de pression électronique. Selon leurs applications, les manomètres peuvent mesurer la pression en plusieurs unités, en fonction de leur modèle et du capteur de pression utilisé : en bar, psi, mmH2O, Pa, etc. (voir notre explication des unités plus bas).

Essentiel dans les systèmes aérauliques 

Très importants pour réguler la température intérieure, les circuits de ventilation et de climatisation des bâtiments exigent la présence de capteurs de pression à différents endroits pour surveiller leur bon fonctionnement et l’optimisation de leur rendement pour réduire leur consommation d’énergie. Ces transmetteurs et capteurs de pression sont généralement placés à des endroits stratégiques du circuit de ventilation et transmettent les mesures sous forme de signal de sortie numérique ou analogique :  

• Au niveau des filtres de la centrale de traitement de l’air (CTA) : un capteur de pression différentielle va comparer la pression avant et après les filtres à air. Si la pression avant les filtres est trop élevée par rapport à la pression mesurée après les filtres, cela signifie que les filtres sont encrassés et ne laissent pas suffisamment passer l’air, réduisant ainsi l’efficacité du système aéraulique. C’est le signal qu’un changement de filtre est alors nécessaire.
• A la sortie de la CTA, un capteur de pression électronique équipé d’une aile DEBIMO ou d’un tube de Pitot permet de mesurer avec précision la vitesse et le débit d’air pulsé par la CTA pour connaître la puissance nominale de ventilation du bâtiment. A ce niveau initial, il est aussi possible de mesurer la température de sortie et d’autres paramètres, pour mieux régler de manière relative le reste du système de ventilation du bâtiment.

Indispensable pour les environnements contrôlés 

Les capteurs de pression à poste fixe sont aussi incontournables dans les environnements sensibles comme les laboratoires, dont l’atmosphère doit être très finement contrôlée en température, hygrométrie, particules fines, bactéries, etc. Les salles blanches et tout type d’environnement contrôlés doivent souvent organiser des cascades de pression pour maintenir certains espaces en surpression ou sous-pression par rapport aux zones extérieures à la pièce. Cette exigence permet d’éviter toute contamination entre les différentes zones d’un laboratoire ou même d’un hôpital.

Pour s’assurer de ces conditions atmosphériques, un transmetteur ou capteur de pression différentielle en poste fixe, encastrable ou externe, permet de surveiller en permanence la différence de pression à l’intérieur et à l’extérieur d’une pièce grâce à une cellule de pression différentielle. Ce type de transmetteur de pression doit avoir une résolution de mesure très élevée et une précision de premier ordre, car les différences de pression maintenues par le système de conditionnement de l’air sont très faibles afin de ne pas créer de turbulence et de rester énergétiquement efficace. Leur cellule de mesure doit donc être de haute qualité et parfaitement étalonnée.

Pour maintenir une précision à toute épreuve sur une longue période, certains transmetteurs de pression différentielle sont en mesure d’effectuer automatiquement un auto-zéro de leurs capteurs et de leur système, pour assurer l’exactitude assurée par la cellule de mesure de pression différentielle.

Définition des différents types de pression dans les applications aérauliques

• Pression atmosphérique (P0) : exercée par l’air sur une surface au niveau de la mer dans des conditions normales, soit environ 101,3 kPa.

• Pression absolue (Pabs) : force qu'un fluide exerce sur une surface, mesurée en pascals (Pa). Soit la pression totale exercée sur un système.

• Pression relative (Pr) : différence entre la pression absolue et la pression atmosphérique (qui est d'environ 101,3 kPa au niveau de la mer). Elle indique si la pression est supérieure ou inférieure à la pression de l’atmosphère ambiante.

• Pression différentielle : différence entre deux pressions. Par exemple, dans un système de filtration, elle mesure la pression avant et après le filtre. Similaire à la pression relative, mais sans la pression atmosphérique comme base de comparaison.

• Pression statique : un flux d’air en mouvement exerce une pression sur les parois d'un conduit, perpendiculairement à sa direction. C'est ce qu'on appelle la pression statique. Elle est en fait la somme des pertes de charge causées par le conduit.

Les différences entre la mesure de pression liquide et gazeuse

Dans l'univers des liquides et des gaz, comprendre les spécificités de chaque matière est essentiel pour bien faire les différentes définitions et applications des capteurs de pression du marché et la technologie de leur cellule de pression.

• Comportement des liquides - Les liquides, tels que l'eau ou les huiles, sont plus difficiles à mesurer avec précision en raison de leur comportement viscoélastique. La pression exercée par un liquide est influencée par sa vitesse et son débit, mais elle est principalement conditionnée par sa profondeur et à la gravité. De même, cette pression se transmet dans toutes les directions. Par conséquent, la pression dans un liquide comme l’eau n'est pas affectée par la forme du récipient qui le contient, contrairement aux gaz.
• Comportement des gaz - Les gaz, tels que l'air ou les vapeurs, sont plus faciles à mesurer en raison de leur comportement idéal. La pression exercée par un gaz est influencée par la température et la composition du mélange, mais aussi par le volume dans lequel il est contenu.

Par ailleurs, un liquide comme de l’eau ne peut pas être comprimé de manière significative comme un gaz. Voilà pourquoi les liquides sont souvent appelés « fluides incompressibles », car gaz et liquides font partie de la catégorie des fluides. Voilà de quoi bien comprendre pourquoi un capteur ou transmetteur de pression d’un liquide (souvent de l’eau) et d’un gaz ont des conceptions souvent très différentes selon leurs applications.

Mesurez avec précision : les unités de mesure de la pression

Dans l'univers des gaz et fluides, comprendre les différentes unités de mesure de pression est essentiel. Ces unités sont valables pour la mesure de pression d’un gaz, mais aussi pour un fluide liquide comme l’eau. Voici donc les principales unités de mesure de la pression :

• Le bar (bar) : voilà l’unité polyvalente utilisée pour mesurer les pressions dans un grand nombre de domaines, ce qui fait d’elle l’unité la plus connue avec le Pascal.
• Le Pascal (Pa) : c’est une unité fondamentale de mesure de la pression. Il représente une force de 1 newton sur une surface de 1 mètre carré. Cette unité est aussi souvent utilisée via ses multiples : hectopascal (hPa, 100 pascals), kilopascal (kPa, 1000 pascals) ou mégapascal (MPa, 1 000 000 pascals). 1 bar = 1000 hPa
• L’atmosphère (atm) : cette valeur est aujourd’hui moins utilisée, mais elle représente la pression atmosphérique moyenne correspondant à la valeur de référence au niveau moyen de la mer sur la latitude de Paris (soit 1013,25 hPa). Par ailleurs, l'atmosphère technique (symbole at) est une ancienne unité de pression définie comme la pression exercée par une colonne d'eau de 10 mètres, équivalant à 9 806,65 hPa. 1 bar = 0,986 923 atm
• Millimètres de mercure (mmHg ou Torr) : cette unité est couramment utilisée pour mesurer les pressions atmosphériques, mais elle est aussi l’unité utilisée pour mesurer la pression sanguine dans certains pays. Elle vient de l’utilisation de manomètres à colonne de liquide, souvent utilisés dans le domaine médical. Ces derniers utilisaient auparavant du mercure, aujourd’hui souvent remplacé par d’autres liquides manométriques dont la densité choisie va varier selon les situations (eau distillée, glycérine, toluène, etc.). 1 bar = 750,061 Torrs.
• Millimètres d’eau (mmH₂O) : le corolaire du mmHg, mais avec de l’eau
• Pounds per square inch (psi), ou livres-force par pouce carré : il s’agit de l'unité américaine la plus répandue, elle mesure la pression en fonction de l'intensité de la force exercée sur une surface de 1 pouce carré. 1 bar = 14,504 psi.
• Kilogrammes-force par centimètre carré (kgf cm⁻²) : le corolaire du « pounds per square inch », mais dans le système métrique. 1 bar = 1,01972 kgf cm⁻²