Vide

Guide d'information

Le vide est le terme couramment utilisé pour désigner l'état d'un gaz raréfié (ou mélange gaz/vapeur) caractérisé par une pression inférieure à la pression atmosphérique. On distingue 3 zones de vide : 

  • Le vide primaire, de 1000 à 10-3 mbar
  • Le vide secondaire, de 10-3 à 10-7 mbar
  • L'ultravide (UHV), inférieur à 10-7 mbar

Ci-dessous la table de conversion des unités couramment utilisées dans le vide : 

 

A quoi sert le vide ? 

Nous vivons dans une atmosphère considérée comme vide mais qui est en fait un milieu constitué d'un très grand nombre de molécules d'air, à savoir un mélange majoritaire d'azote et d'oxygène. La concentration en molécules ne permet pas la mise en oeuvre et la réalisation de certains procédés actuellement utilisés dans l'industrie. Afin de mener à bien ces procédés, il faut que la concentration moléculaire dans un espace donné soit abaissée : c'est ce qu'on appelle "faire le vide". Les applications utilisant le vide sont multiples, aussi bien dans la recherche que dans la plupart des industries. 

Le vide : 

Si les molécules gazeuses n'étaient pas attirées par la masse de la Terre, leurs mouvements, incessants et rectilignes entre 2 collisions, leur permettraient de s'échapper dans l'espace : l'atmosphère terrestre aurait disparu depuis longtemps. Le nombre volumique des molécules et donc la pression décroît avec l'altitude. Jusqu'à environ 50km, la décroissance suit une loi exponentielle qu'avait prédit Newton : p= 1.013 x 105 exp -(h/7500), p en Pascal et h en mètres. Au delà, la décroissance est beaucoup plus lente. La pression s'abaisse et la nature des gaz change (voir table ci-dessous)

Les grandeurs fondamentales du Vide : 

La pression de 10-10 Pa semble la valeur ultime actuellement atteinte, mais des pressions voisines de 10-8 Pa sont couramment obtenues dans de très nombreuses installations. Il faut noter l'ampleur de la variation de pression réalisée : atteindre 10-4 Pa signifie ne conserver qu'une molécule sur un milliard initiallement présentes. Ceci constitue une prouesse technologique très exceptionnelle, aussi bien dans le domaine de l'obtention que dans celui de la mesure. Il est très important de bien définir la gamme de vide dont on a besoin afin de choisir les moyens les plus appropriés pour l'obtenir. Même dans les vides très poussés, il reste plusieurs millions de molécules par cm3. Ce nombre est suffisant pour que les lois de la mécanique statistique et la loi de distribution des vitesses établie par Maxwell-Boltzmann restent valables. Il n'en est plus de même dans les espaces intersidéraux, si ce n'est à l'échelle de la dimension de ces mêmes espaces. Dans le vide intergalactique, il ne subsiste qu'une molécule pour 4m3. On serait tenté de considérer que le vide absolu existe à l'échelle du m3, mais en raison de la vitesse des molécules, chaque m3 est traversé par plus de 100 molécules à chaque seconde. Le vide absolu n'y dure que moins d'un centième de seconde. 

Lorsque l'on souhaite que des particules (atomes, ions ou électrons), se déplaçant dans une installation ne soient perturbées par des collisions avec les molécules de gaz résiduels, il faut que le vide soit voisin de 10-3 Pa. C'est ce niveau de vide qu'il faut atteindre dans les machines déstinées à réaliser des dépôts sous vide ou des appareils fonctionnant avec faisceaux d'électrons.

Afin d'éviter toute pollution d'une surface, à l'échelle d'une monocouche, et ce pendant une durée de plusieurs minutes, il est nécessaire de travailler en ultravide (UHV) : c'est à dire des pressions inférieures à 10-7 Pa. C'est le cas des analyses de surface, de même que les dépôts effectués à très faible vitesse, plan atomique après plan atomique en épitaxie par jet moléculaire (MBE). 

Principe des moyens de pompage : 

  • Volumétrique : pendant sa rotation à l'intérieur du corps (C), le rotor (R) crée deux volumes variables (V1 et V2) par l'intermédiaire des palettes (P) et du point de tangence (T). Ces volumes V1 et V2 sont remplis d'air. La diminution du volume V1 permet de chasser l'air vers l'extérieur, tandis que la restitution et l'augmentation du volume V1 permet à l'air de se répandre dans le volume libéré. 

  • Dynamique : le pompage dynamique utilise le transfert de mouvement, à savoir la rotation des pales de turbine qui communiquent un mouvement à l'air environnant. 
  • Par effet de surface : lorsque la température des parois est inférieure aux températures critiques des substances à pomper, celles-ci sont capables de condenser les molécules de ces substances et de les extraire de la phase gazeuse, ce qui diminue la pression. C'est le pompage par effet de surface qui va permettre l'obtention de "vides extrêmes" (10-12 Pascal soit 10-14 mbar). C'est un mode de pompage très efficace pour éliminer les traces de vapeur. 
Voir plus