Pascal (unité)

Pascal
Informations
Système	Unités dérivées du système international
Unité de…	Pression, contrainte
Symbole	Pa
Éponyme	Blaise Pascal
Dimensions	M·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

Le pascal, de symbole Pa, est l'unité de pression ou de contrainte du Système international d'unités (SI). Il est identique au newton par mètre carré et au joule par mètre cube.

Cette unité tient son nom de Blaise 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 »).

Histoire

L'international centitor en 1911, équivalent du pascal moderne

La Commission de l'Association internationale du Froid a proposé en 1911 l'international centitor, basé sur le tor (avec un seul r), la racine et l'abréviation de « Torricelli » , d'après Evangelista Torricelli le physicien et mathématicien italien. Cette commission proposait alors d'adopter le système MKS, l'ancêtre du Système international d'unités, plutôt que le système CGS. Les unités de pression en vigueur étaient alors le micron de mercure, la dyne/centimètre², ou le barye du système CGS. L'international kilotor était égal à la mégabarye du système CGS (= au bar) employé par les physiciens, défini comme la pression d'une colonne de mercure de 750 mm sous gravité normale. Le millitor équivalait à 1 dyne/centimètre² ou 1 barye (soit 0,1 Pa). Le microtor équivalait à 10^-3 millitor. L'international centitor était donc égal au pascal. Mais il a été remplacé par celui-ci, et son usage prohibé car trop proche dans son écriture du torr, aussi éponyme de Evangelista Torricelli.

L'éponyme du pascal est Blaise Pascal (1623-1662).

Un premier projet de « pascal » en 1913

L'Association internationale du Froid a fait autour de 1913 une première proposition pour le newton tel que nous le connaissons. La définition du Newton apparait dans le compte rendu des séances de la cinquième CGPM, réunie 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 1 kilogramme une accélération 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 » apparaît toujours à la 5^e CGPM : le « pascal » est défini comme étant la pression uniforme qui, répartie sur une surface de 1 centimètre carré, produirait un effort total de 10 newtons (soit 10 N/cm², c'est la pression qui sera plus tard appelée bar). Sous réserve de son utilisation, le kilogramme 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.

Le newton par mètre carré

Le newton par mètre carré est recommandé dans les procès-verbaux de la session de 1956 du CIPM.

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. Cependant, ce long nom s'est avéré lourd à manier, d'autant plus que 1 N/m² était une très petite pression. Dans l'industrie européenne, le bar (1 bar = 10⁵ N/m²), qui correspond presque exactement à la pression d'une atmosphère, et, en météorologie, l'unité millibar étaient courantes. On a aussi préposé un sous multiple décimal du newton par mètre carré, le gaede et un multiple décimal le vac. Le gaede (Gd) a été proposé pour remplacer le micronewton par mètre carré, en l'honneur du physicien et pionnier de l'ingénierie du vide Wolfgang Gaede (en). Une représentation logarithmique de l'échelle de pression a aussi été évoquée.

Le pascal

Afin d'éviter les multiples décimaux tels que 10⁵ comme facteurs de conversion dans le système SI, la 14^e CGPM en octobre 1971, a donné à l'unité dérivée N/m² le nom de Pascal. Ce nom était déjà légal dans quelques pays.

Le nom de l'unité Pascal apparait en 1956 dans les tables de G.W.C. Kaye et T.H. Laby. Dès 1961, la France l'adopte comme « unité de contrainte et de pression » 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 ». L'unité a été créée en tant qu'unité légale en Allemagne dès 1969. En 1971, la 14^e Conférence générale des poids et mesures l'a adopte à l'unanimité.

Définition

Le pascal est une unité dérivée du Système international, qui s’exprime en unités de base du Système international de la façon suivante :

$\mathrm {Pa} =\mathrm {\frac {N}{m^{2}}} =\mathrm {\frac {kg}{m\;s^{2}}}$.

Une pression d’un pascal est une contrainte uniforme qui, agissant sur une surface plane de 1 mètre carré, exerce perpendiculairement à cette surface une force totale de 1 newton.

Unités de pression

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

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

Multiples usuels

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

• l’hectopascal (hPa) : 1 hPa = 10² Pa = 100 Pa = 100 N m⁻² ;
• le kilopascal (kPa) : 1 kPa = 10³ Pa = 1 000 Pa = 1 000 N m⁻² ;
• le mégapascal (MPa) : 1 MPa = 10⁶ Pa = 1 000 000 Pa = 1 000 000 N m-2 = 1 N mm⁻² ;
• le gigapascal (GPa) : 1 GPa = 10⁹ Pa = 1 000 000 000 Pa = 1 000 000 000 N m⁻² = 1 kN mm⁻² ;
• le térapascal (TPa) : 1 TPa = 10¹² Pa = 1 000 000 000 000 Pa = 1 000 000 000 000 N m⁻².

Conversions

Les conversions vers des unités hors du SI :

• 1 Pa ≈ 7,500 615 × 10⁻³ mmHg (millimètre de mercure ou torr) ;
• 1 Pa ≈ 9,869 233 × 10⁻⁶ atm (atmosphère normale) ;
• 1 Pa = 10⁻⁵ bar ;
• 1 hPa = 10⁻³ bar = 1 mbar ou millibar ;
• 1 Pa ≈ 1,42 × 10⁻⁴ psi.

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

Newton par mètre carré

Le newton par mètre carré (N m⁻², N/m²) est, avec le pascal qui lui est équivalent, l'unité de pression ou de contrainte du Système international d'unités (SI).

Elle met en relation le newton, une unité de mesure de force, et une unité d'aire, le mètre carré. Elle représente donc la force exercée sur une surface d’un mètre carré. Le N/m² est une unité importante en physique et en ingénierie pour comprendre la répartition de la force sur une surface. Le newton par mètre carré est recommandé dans les procès-verbaux de la session de 1956 du CIPM. En France on lui a substitué le pascal (Pa) en 1961, adopté en 1971 par la 14^e Conférence générale des poids et mesures. Bien que l'usage du pascal soit fortement recommandé, le Newton par mètre carré demeure une unité SI. 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 1 newton ». Les multiple du Newton par mètre carré, se comprennent en kN/m² (kilonewton par mètre carré), MN/m² (méganewton par mètre carré) et GN/m² (giganewton par mètre carré). On trouve aussi le µN/m² (micronewton par mètre carré).

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

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. En charpenterie ou charpenterie métallique, une charge (ponctuelle ou répartie) peut s'exprimer en kN/m² ou en MN/m² , quand la contrainte s'exprimera en N/mm². En métallurgie les unités de contrainte incluent:

• le mégapascal (=1N/mm²)
• le newton par millimètre carré
• le psi (=6,89x10^-3N/mm²)
• le ksi
• le tsi (ton force per square inch=15,44N/mm²)
• 1000 lbf per square inch=6,89N/mm²

Le module d'élasticité de valeur très grande utilise le giganewton par mètre carré (1GN/mm²=1GPa).

Voir aussi

Bibliographie

• [Kaye et Laby 1956] (en) George W. C. Kaye et Thomas H. Laby, Tables of physical and chemical constants : and some mathematical functions [« Tables des constantes de physique et de chimie : et certaines fonctions mathématiques »], Londres et New York, Longmans, Green & Co., 1956, 11^e éd. (1^re éd. 1911), 1 vol., VI-233, 26 cm (OCLC 19856940, lire en ligne).
• [BIPM 1971] Bureau international des poids et mesures (BIPM), Comptes rendus des séances de la 14^e Conférence internationale des poids et mesures : Paris, 4-8 octobre 1971, Paris, Gauthier-Villars, avr. 1972, 1^re éd., 1 vol., 142-[1] (lire en ligne [PDF]).
• [Jerrard et McNeill 1992] (en) Harold G. Jerrard et Donald B. McNeill, Dictionary of scientific units : including dimensionless numbers and scales [« Dictionnaire des unités scientifiques : incluant les nombres sans dimension et les échelles »], Londres et New York, Chapman & Hall, août 1992 (réimpr. déc. 2012), 6^e éd. (1^re éd. 1963), 1 vol., IX-255, 16 × 24 cm (ISBN 0-412-46720-8, EAN 9780412467202, OCLC 299996920, BNF 37435744, DOI 10.1007/978-94-011-2294-8, SUDOC 015831906, présentation en ligne, lire en ligne), s.v. pascal (Pa), p. 120.
• [D. 1961] Décret n^o 61-501 du 3 mai 1961 relatif aux unités de mesure et au contrôle des instruments de mesure [PDF], dans Journal officiel de la République française : lois et décrets, vol. 93^e an., n^o 119, 20 mai 1961, p. 4584-4586 (version en vigueur).

Articles connexes

• Pression
• Conversion des unités
• Pression atmosphérique
• Baromètre
• Ordres de grandeur de pression
• Unité de pression