Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
V

vide (suite)

Pompes à diffusion

Ce sont des pompes moléculaires constituées par un corps cylindrique de révolution extérieurement refroidi par circulation d’eau et fixé à l’enceinte à vider par une grande bride. À l’intérieur de ce corps est disposé un ensemble étagé de diffuseurs coaxiaux. À sa partie inférieure, ce corps contient une certaine quantité d’huile spéciale, à très faible tension de vapeur (généralement de l’huile silicone), ou de mercure, qui est porté à l’ébullition par un système de chauffage électrique. Une petite canalisation de refoulement disposée à la partie inférieure du corps permet le refoulement des gaz pompés vers la ou les pompes primaires. Sous l’effet du chauffage électrique, les vapeurs d’huile ou de mercure montent vers les diffuseurs, qui les projettent obliquement vers le bas, contre la paroi extérieure froide, sous forme d’une succession de nappes en forme de tronc de cône de révolution, à des vitesses considérables, voisines de celles du son. En arrivant sur la paroi refroidie, elles se condensent de nouveau et retombent dans la partie inférieure du corps par ruissellement le long de la paroi.

Sous l’effet de l’agitation thermique, les molécules de la phase gazeuse au-dessus des diffuseurs se déplacent en toute direction. Celles qui arrivent dans les nappes de molécules produites par les diffuseurs reçoivent des molécules d’huile une quantité de mouvement qui les entraîne vers le bas de la pompe, notamment avec le concours des molécules d’huile des nappes inférieures. Dans la partie inférieure de la pompe, la densité de molécules de gaz et la pression sont ainsi plus grandes, et les molécules sont progressivement aspirées par la ou les pompes primaires. Cette évacuation est presque toujours facilitée par un éjecteur à huile disposé près de la canalisation de refoulement de la pompe à diffusion.

Les pompes à diffusion sont utilisées pour obtenir des pressions de travail inférieures à 3.10–4 torr. Leur pression d’amorçage est voisine de 2.10–1 torr environ. Si la pression est supérieure à cette valeur, ces pompes ne peuvent pas fonctionner. Pour les faibles débits de pompage (inférieurs ou au plus égaux à 2 500 l/s), elles sont associées à des pompes à palettes ou à pistons oscillants. Pour des débits supérieurs, elles sont associées à un groupe de pompage composé d’un ou de plusieurs dépresseurs Roots en série et de pompes à palettes ou à pistons oscillants.

Avec les huiles silicones ou minérales à faible tension de vapeur, la pression limite des pompes à diffusion est de l’ordre de 10–6 torr en pression totale. Si les pompes sont surmontées de baffles refroidis à l’eau ou au fréon et de pièges refroidis à l’azote liquide, la pression partielle de vapeur d’huile au-dessus des pièges diminue et le vide limite atteint 10–8 torr, ou mieux, pour des enceintes dégazées, avec joints entièrement métalliques. Les baffles et les pièges sont des systèmes à chicanes refroidies destinés à condenser les molécules d’huile, d’eau et à laisser le passage vers la pompe à diffusion aux molécules non condensables à ces températures.

Il existe des pompes à diffusion de débit supérieur à 100 000 l/s et dont le corps a un diamètre supérieur à 1 m.


Pompes à sorption

Elles sont constituées par des récipients, en verre ou en acier inoxydable, remplis de certains corps minéraux, comme des granulés de zéolithe (sorte de silicate hydraté), ou encore du noir de carbone pur. Lorsqu’on immerge ces récipients dans un vase cryogénique rempli d’azote liquide, elles aspirent l’air suivant un phénomène assez mal expliqué, où interviennent simultanément des phénomènes de condensation, d’adsorption, d’absorption et peut-être même de chimie-sorption. En ramenant ces récipients à la température ambiante, les gaz sont de nouveau libérés. Le chauffage préalable, sous vide, améliore leurs performances. On obtient ainsi des vides de l’ordre de 10–1 à 10–2 torr sans que l’enceinte vidée soit polluée par des molécules d’huile, comme dans le cas d’enceintes vidées par des pompes mécaniques lubrifiées.


Pompes ioniques

Ce sont des pompes constituées par un corps en acier inoxydable contenant des plaques en titane pur et des grilles en acier inoxydable, dont le volume est soumis à un champ magnétique produit par d’importants aimants permanents. À l’aide d’une source de courant à haute tension, on fait jaillir une décharge électrique froide, du type par avalanche d’électrons, autour des plaques en titane. Par suite de la présence des grilles, le titane est sublimé dans certaines zones des plaques pour se déposer en d’autres ainsi que sur les parois de l’enceinte. Les molécules gazeuses présentes disparaissent suivant un processus assez mal connu, dans lequel intervient la chimie-sorption par le titane, mais aussi des phénomènes ioniques et d’ensevelissement des molécules également par le titane.

Les pompes ioniques ont des vitesses de pompage très élevées dans le domaine de pression de 10–4 à 5.10–8 torr. À 10–8 torr, cette vitesse est encore égale à 80 p. 100 de la vitesse maximale. Ces pompes permettent d’obtenir des pressions inférieures à 10–10 torr. La pression limite atteinte est d’autant plus basse que les pompes sont amorcées à des pressions plus basses. Les pompes ioniques ont l’inconvénient d’avoir une vitesse de pompage variable avec la nature des gaz : en particulier, elles pompent assez mal les gaz rares. Associées à des pompes du type « à sorption », elles sont utilisées pour obtenir des vides très propres, exempts de traces de corps organiques et semi-organiques, ce qui n’est pas le cas des pompes à diffusion à vapeur d’huile.


Pompes turbomoléculaires

Dérivées des compresseurs axiaux, ces pompes sont constituées par un rotor comportant un ensemble de roues à ailettes tournant à très grande vitesse dans un stator qui comporte également une succession de couronnes à ailettes déflectrices. Chaque couronne fixe du stator est placée entre deux roues du rotor. La forme des ailettes est telle que les molécules amenées par l’agitation thermique sur la première roue reçoivent une quantité de mouvement qui les dirige vers les autres roues et vers la canalisation de refoulement, à laquelle est connectée la pompe primaire. Le domaine d’utilisation de ces pompes s’étend de 10–2 à 10–8 torr, et, dans ce domaine, leur débit est à peu près constant. Elles pompent assez bien les gaz rares. Leur pression limite est de l’ordre de 10–11 torr. On les utilise surtout pour dégazer à chaud et pour amorcer les pompes ioniques à des pressions inférieures à 10–7 torr.