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Pascal (unité)

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Pour les articles homonymes, voirPascal.

Pascal
Informations
SystèmeUnités dérivées du système international
Unité de…Pression,contrainte
SymbolePa
ÉponymeBlaise Pascal
DimensionsM·L −1·T −2
Conversions
1 Pa en…est égal à…
  Unités SI  1 kg m−1 s−2
    1 N m−2
    1 J m−3
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Lepascal, de symbole Pa, est l'unité depression ou decontrainte duSystème international d'unités (SI). Il est identique aunewton parmètre carré et aujoule parmètre cube.

Cette unité tient son nom deBlaise Pascal. Conformément aux règles du SI, son nom commence par une minuscule (« pascal ») et, puisqu'il provient d'un nom propre, son symbole commence par une majuscule (« Pa »).

Le pascal se définit comme la« contrainte qui, agissant sur une surface plane de 1 mètre carré, exerce sur cette aire une force totale de1newton ».

Comme il s'agit d'une valeur assez petite par rapport à lapression atmosphérique, des multiples décimaux de l'unité sont souvent utilisés : l'hectopascal (1 hPa = 100 Pa), le kilopascal (1 kPa = 1000 Pa), aussi lebar (1 bar = 105 Pa = 100 kPa).

Histoire

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L'international centitor en 1911, équivalent du pascal moderne

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La Commission de l'Association internationale du Froid a proposé en 1911 l'international centitor, abréviation deinternationales centitorricelli, basé sur letor (avec un seul r), la racine et l'abréviation de « Torricelli » , d'aprèsEvangelista Torricelli le physicien et mathématicien italien. Cette commission proposait aussi d'adopter lesystème MKS, l'ancêtre duSystème international d'unités, plutôt que lesystème CGS. Les unités de pression en vigueur étaient alors lemicron de mercure, la dyne/centimètre², ou lebarye du système CGS. L'international kilotor était égal à la mégabarye du système CGS (= aubar), employée par les physiciens, définie comme la pression d'une colonne de mercure de 750 mm sous gravité normale. Le millitor équivalait à 1 dyne par centimètre carré ou 1barye (soit0,1 Pa). Lemicrotor équivalait à 10-3millitor[1],[2],[3]. L'international centitor était donc égal au pascal. Ce système d'unité a été poussé dans l'arène parHeike Kamerlingh Onnes etWillem Hendrik Keesom dans leur article« Die Zustandsgleichung » de l'Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften[4]. L'international centitor a été remplacé par le pascal et son usage prohibé car trop proche dans son écriture dutorr, aussi dérivé de Evangelista Torricelli.

L'éponyme du pascal estBlaise Pascal (-)[5].

Un premier projet de « pascal » en 1913

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L'Association internationale du Froid a fait autour de 1913 une première proposition pour lenewton tel que nous le connaissons[6]. La définition du newton apparait dans le compte rendu des séances duComité international des poids et mesures, réuni à Paris en 1913. De façon analogue au Système CGS, le Système MKS a été créé,« dont l'unité fondamentale de force est la force qui communique à 1kilogramme uneaccélération de 1 m s−2 ». Suivant une proposition faite par la Commission constituée par l'Association internationale du Froid, cette unité de force était le newton. Accompagnant cette définition, un premier projet pour une unité de pression s'appelant « pascal » est apparu, toujours à la5e CGPM : le « pascal » a été défini comme étant la pression uniforme qui, répartie sur une surface d'un centimètre carré, produirait un effort total de dix newtons (soit 10 N/cm2, soit la mégabarye du système CGS). Sous réserve de son utilisation, lekilogramme force par unité de surface était toujours d'usage. Cependant aucune décision définitive n'a été prise et l'unité n'a jamais été utilisée[7],[8].

Le newton par mètre carré

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Lenewton par mètre carré est apparu dans le compte rendu des séances duComité international des poids et mesures, réuni à Paris en 1913[8].

Même lorsque le système SI a été introduit en 1960, il n’existait toujours pas de nom spécifique pour l’unité de pression ; le « newton par mètre carré » a été utilisé. Ce long nom s'est avéré lourd à manier, d'autant plus que 1 N/m2 était une très petite pression[9]. Dans l'industrie européenne, lebar (1 bar = 105 N/m2), qui correspond presque exactement à la pression d'uneatmosphère, et, en météorologie, lemillibar étaient courantes. On a aussi préposé un sous multiple décimal du newton par mètre carré, legaede, et un multiple décimal, levac. Le gaede (Gd) a été proposé pour remplacer le micronewton par mètre carré, en l'honneur du physicien et pionnier de l'ingénierie du videWolfgang Gaede (en). Une représentationlogarithmique de l'échelle de pression a aussi été évoquée[10].

Le pascal

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Afin d'éviter les multiples décimaux tels que 105 comme facteurs de conversion dans le système SI, la14e CGPM, en octobre 1971, a donné à l'unité dérivée N/m2 le nom de pascal. Ce nom était déjà légal dans quelques pays[11],[9],[12].

Le nom de l'unité Pascal est apparu en 1956 dans les tables de G.W.C. Kaye et T.H. Laby[5]. Dès, laFrance l'adopte comme« unité de contrainte et de pression »[13] et le définit comme la« contrainte qui, agissant sur une surface plane de 1 mètre carré, exerce sur cette aire une force totale de 1 newton »[14]. L'unité a été créée en tant qu'unité légale en Allemagne dès 1969[15],[16]. En 1971, la14e Conférence générale des poids et mesures l'a adopté[5] à l'unanimité[17].

Définition

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Le pascal est uneunité dérivée du Système international, qui s’exprime enunités de base du Système international de la façon suivante :

Pa=Nm2=kgms2{\displaystyle \mathrm {Pa} =\mathrm {\frac {N}{m^{2}}} =\mathrm {\frac {kg}{m\;s^{2}}} }.

Une pression d’un pascal est une contrainte uniforme qui, agissant sur une surface plane d'unmètre carré, exerce perpendiculairement à cette surface uneforce totale d'unnewton[18].

Unités de pression

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La correspondance entre le pascal et les unités de pression n'appartenant pas au SI passe par la valeur standard de lapression atmosphérique :

1 013,25 hPa[a] =101 325 Pa =1,013 25 bar =1 atm =760 torr.

Multiples usuels

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Le pascal étant une unité relativement petite par rapport aux valeurs usuelles, on utilise souvent ses multiples :

Conversions

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Les conversions vers des unités hors duSI :

Soit : 105 Pa =1 bar =1 000 mbar ≈ 10,19 mCE (mètres de colonne d'eau) ≈0,987 atm.

Newton par mètre carré

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Lenewton par mètre carré (N m−2, N/m²) est, avec le pascal qui lui est équivalent, l'unité depression ou decontrainte duSystème international d'unités (SI).

Elle met en relation lenewton, uneunité de mesure deforce, et uneunité d'aire, lemètre carré. Elle représente donc la force exercée sur une surface d’un mètre carré. Le N/m² est une unité importante enphysique et eningénierie pour comprendre la répartition de la force sur une surface. Lenewton par mètre carré est recommandé dans les procès-verbaux de la session de 1956 duCIPM. En France on lui a substitué le pascal (Pa) en 1961[19], adopté en 1971 par la14eConférence générale des poids et mesures. Bien que l'usage du pascal soit fortement recommandé[20], le newton par mètre carré demeure une unité SI[21]. Le pascal se définit comme« la contrainte qui, agissant sur une surface plane de 1 mètre carré, exerce sur cette aire une force totale de 1newton »[22]. Lesmultiples du newton par mètre carré se comprennent en kilonewton par mètre carré (kN/m²), méganewton par mètre carré (MN/m²) et giganewton par mètre carré (GN/m²)[23]. On trouve aussi le micronewton par mètre carré (µN/m²).

On trouve aussi dans la littérature le newton par millimètre carré (1N/mm² = 1MPa), qui peut être utilisé dans certains contextes techniques. Cette unité est éventuellement préférée au Pascal lorsque la force appliquée s'applique à une surface réduite[24].

Aux États-Unis, le pascal n'a pas été généralement accepté comme unité de pression pour mesurer le vide et n'est que rarement rencontré dans la littérature ; le newtons par mètre carré est toujours utilisé. Dans le domaine de l'ingénierie industrielle des plasmas, il est encore courant de citer la pression du vide en torr[25]. Encharpenterie ou charpenterie métallique, une charge (ponctuelle ou répartie) peut s'exprimer en kN/m² ou en MN/m², quand lacontrainte s'exprimera en N/mm²[26],[27],[28],[29]. Lemodule d'élasticité de valeur très grande utilise le giganewton par mètre carré (1GN/m²=1GPa)[30]. En métallurgie les unités de contrainte incluent[31],[32],[33] :

Notes et références

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Notes

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  1. a etbL'usage du préfixehecto, devenu assez inhabituel par ailleurs, a ici une raison historique : pour les variations de lapression atmosphérique, enmétéorologie notamment, on a longtemps utilisé lemillibar (mbar). On les exprime aujourd'hui en hectopascals pour se conformer auSystème international tout en conservant les valeurs numériques auxquelles sont habitués les météorologues et les usagers de la météorologie (1 hPa =1 mbar).

Références

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  1. Association internationale du Froid,Buletin de l'Association internationale du Froid,vol. 2,, p.32.
  2. (en)Willem Hendrik Keesom, « Units of Pressure in Vacuum Work. »,nature,‎(lire en ligne[PDF]).
  3. World's Congress of InternationalAssociations. 2d,Congrès mondial des associations internationales ..., Des presses d'O. Lamberty,(lire en ligne).
  4. (de) SommerfeldArnold,Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften mit Einschluss ihrer Anwendungen: Bd. 5, Teil 1. Physik, Springer-Verlag,(ISBN 978-3-663-16016-8,lire en ligne), p.628
  5. ab etcJerrard et McNeill 1992,s.v. pascal (Pa),p. 120.
  6. (en)Monthly Bulletin of theAssociation Internationale Du Froid,Association internationale du Froid,(lire en ligne).
  7. (de)Protokoll der 5. Generalkonferenz für Maß und Gewicht[PDF], 1913, p. 56, Vorstellung eines Projekts der französischen Regierung zur Festlegung der Basis- und abgeleiteten Einheiten; abgerufen am 10. Nov. 2019 (französisch).
  8. a etbComité international des poids et mesures,Procès-verbaux des séances de la session de 1956, Paris, Gauthier-Villars,(lire en ligne[PDF]).
  9. a etbNorman A.Anderson,Instrumentation for process measurement and control, CRC Press,(ISBN 978-0-8493-9871-1).
  10. (en) H.Adam,1965 Transactions of the Third International Vacuum Congress: Sessions 1–4, Elsevier,(ISBN 978-1-4831-6493-9,lire en ligne).
  11. Quatorzième Conférence générale des poids et mesures 1941, Paris,Conférence générale des poids et mesures,(lire en ligne[PDF]).
  12. Comptes rendus des séances de la14e Conférence générale des poids et mesures[PDF],Bureau international des poids et mesures, 4-8 octobre 1971, p. 78 : « Résolution 2 ».
  13. D. 1961,art. 3,s.v. contrainte et pression,al. 1er,p. 4585,col. 1.
  14. D. 1961,art. 3,s.v. contrainte et pression,al. 2,p. 4585,col. 1.
  15. (de) « Ausführungsverordnung zum Gesetz über Einheiten im Meßwesen vom 26. Juni 1970 »,Bundesgesetzblatt, Bonn, Bundesanzeiger Verlag,t. 62,‎,p. 981-991(lire en ligne)
  16. (de)PTB, « Die gesetzlichen Einheiten in Deutschland »,Broschüren zum Internationalen Einheitensystem (SI), Braunschweig,‎(lire en ligne, consulté le).
  17. BIPM 1971,p. 59.
  18. Le Système international d'unités (SI), Sèvres,Bureau international des poids et mesures,,9e éd., 216 p.(ISBN 978-92-822-2272-0,lire en ligne[PDF]),chap. 2.3.4 (« Unités dérivées – Tableau 4. »),p. 26.
  19. (en) H.Adam,1965 Transactions of the Third International Vacuum Congress: Sessions 1–4, Elsevier,(ISBN 978-1-4831-6493-9,lire en ligne).
  20. MichelDubesset,Le manuel du système international d'unités: lexique et conversions, Éditions Technip,(ISBN 978-2-7108-0762-9,lire en ligne).
  21. (en) JacobFraden,Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, Springer Science & Business Media,(ISBN 978-0-387-00750-2,lire en ligne).
  22. PierrePernès,Mécanique des milieux continus déformables: application à la mécanique des liquides parfaits et des liquides newtoniens, Éditions Quae,(ISBN 978-2-85362-613-2,lire en ligne).
  23. Robert D.Holtz et William D.Kovacs,Introduction à la géotechnique, Presses inter Polytechnique,(ISBN 978-2-553-00222-9,lire en ligne).
  24. « Les unités de force, de contrainte, de pression », surIllbruck(consulté le).
  25. (en) J. ReeceRoth,Industrial Plasma Engineering: Volume 1: Principles, CRC Press,1er janvier 1995(ISBN 978-1-4200-5086-8,lire en ligne).
  26. Manfred A.Hirt, RolfBez et AlainNussbaumer,Construction métallique: notions fondamentales et méthodes de dimensionnement, PPUR presses polytechniques,(ISBN 978-2-88074-646-9,lire en ligne).
  27. Manfred A.Hirt et MichelCrisinel,Charpentes métalliques: conception et dimensionnement des halles et bâtiments, PPUR presses polytechniques,(ISBN 978-2-88074-629-2,lire en ligne)
  28. (en) P.Dayaratnam,Structural Engineering [Conventional and Objective Type], S. Chand Publishing,(ISBN 978-81-219-3146-5,lire en ligne).
  29. (en) Paul W.McMullin et Jonathan S.Price,Timber Design, Routledge,(ISBN 978-1-317-55934-4,lire en ligne).
  30. (en) Michael F.Ashby et David R. H.Jones,Engineering Materials 1: An Introduction to Properties, Applications and Design, Elsevier,(ISBN 978-0-08-096665-6,lire en ligne)
  31. Fatigue des Alliages Ferreux, Ed. Techniques Ingénieur(lire en ligne).
  32. (en) AlanKaye et ArthurStreet,Die Casting Metallurgy: Butterworths Monographs in Materials, Elsevier,(ISBN 978-1-4831-6339-0,lire en ligne)
  33. (en) RamezGayed et AminGhali,Structural Analysis Fundamentals, CRC Press,(ISBN 978-1-000-43254-1,lire en ligne).

Voir aussi

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  • Pa,sur leWiktionnaire

Bibliographie

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Articles connexes

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Liens externes

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