La différence de pression (∆P)
Dans l’atmosphère, dès qu'il existe une différence de pression entre deux points, l'air se dirige du point de plus haute pression vers le point de plus basse pression. Compte tenu des phénomènes -dus en particulier aux variations de température-, les pressions au sol et en différents points de l'atmosphère ne sont pas identiques. Des vents sont ainsi créés par l'air qui est poussé d'une haute pression vers une basse pression. Plus l'écart entre ces pressions est important et plus le vent est rapide.
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À savoir : unité de mesure le pascal (Pa) L'unité de mesure SI de la pression est le pascal. |
Les différences de pression rencontrées en ventilation pour faire circuler de l'air sont de l'ordre de la centaine de pascals et donc de l'ordre du millième de la pression atmosphérique.
Les pressions
Trois types de pression peuvent être distingués (voir figure 2)
- la pression dynamique : elle correspond à la force requise pour accélérer la masse d'un fluide depuis l'état de repos jusqu'à une vitesse donnée. Elle ne s'exerce que dans la direction de l'écoulement du fluide, elle est toujours positive et elle est généralement notée (Pd) ;
- la pression statique : c'est la pression que l'air exerce sur un élément de paroi perpendiculairement à la direction de l'écoulement. Cette pression peut être soit supérieure, soit inférieure à la pression atmosphérique et elle est généralement notée (Ps) ;
- la pression totale : c'est la somme des pressions statique et dynamique. Elle est généralement notée (Pt). C'est la pression totale qui détermine le choix du ventilateur.
Pour illustrer ces trois pressions, un tube de Pitot est utilisé comme exemple (cf. figure 1).
Figure 1 : Schéma de principe d'un tube de Pitot
Une aiguille creuse est placée dans le flux d'air parallèlement à son écoulement. La pression qu'exerce le courant d'air sur l'extrémité ouverte de l'aiguille se traduit par une déviation de la colonne de liquide dans un tube en U. Cette déviation indique, si la seconde branche du U est mise à l'atmosphère, que la pression dans l'aiguille est plus élevée que celle de l'atmosphère. La différence de niveau nous donne la mesure de cette différence (elle est égale au poids d'eau déplacé). Il s'agit de la pression totale.
On observe également qu'un second conduit entoure l'aiguille creuse. Il est percé de trous périphériques qui laissent passer la pression statique. L'ouverture des trous n'est pas face au flux d'air mais parallèle à son axe. La pression ainsi mise en évidence est appelée "statique", c'est la même que celle qui s'exerce sur la paroi de la conduite.
La pression dynamique est provoquée par le mouvement de l'air. On la mesure de différentes manières. La plus démonstrative est celle du moyen du tube de Pitot : c'est la hauteur de liquide que l'on trouve sur le tube en U dont une extrémité est reliée à la pression totale et l'autre à la pression statique.
Figure 2 : Mesure des pressions totale, statique et dynamique dans une conduite
Il faut noter que l'expression algébrique de la pression dynamique est toujours positive ou nulle. La figure 2 montre comment s'effectuent les mesures de ces pressions à l'aide du tube de Pitot. On notera que les valeurs diffèrent selon que le ventilateur souffle ou aspire dans un conduit.
La vitesse d'air
D'après le théorème de Bernoulli, il existe une relation entre la pression dynamique (Pd en pascal) et la vitesse du courant d'air (v en m/s). Cette relation est fonction de la densité de l'air (ρ en kg/m3) et donc de sa température. La relation est la suivante :
Pd = ρ × v²/2
En considérant que l'assainissement des atmosphères de travail se fait généralement à température ambiante, on peut remplacer ρ par sa valeur moyenne de 20°C ; la formule devient alors :
Pd = 0,605 × v²
Dans l'autre sens et dans les mêmes conditions de simplification, on obtient la vitesse à partir de la pression dynamique par la relation :
v = 1,28 × (Pd)0,5