Les pompes à vide secondaire

Les pompes à vide doivent aspirer la phase gazeuse excédentaire d'une installation afin de maintenir sa pression interne à la valeur souhaitée. Cette phase gazeuse peut être constituée de gaz de procédé, mais le plus souvent elle est constituée d'air qui pénètre dans l'installation sous vide par les défauts d'étanchéité.
Les pompes à vide sont en fait des compresseurs aspirant le gaz à une pression variable (la pression du procédé à maintenir sous vide) et le refoulant à une pression constante, souvent la pression atmosphérique. La plupart des technologies de compresseur sont utilisables comme pompe à vide.

Selon le degré de vide souhaité et le type de gaz à éliminer, on distingue deux grandes fonctions :

• Les pompes à vide primaire sont capables de créer une pression plus basse que la pression atmosphérique, mais supérieure à 10^-2 Pa. Elles fonctionnent généralement par compression volumétrique ou par éjection d'un fluide entrainant.
• Les pompes à vide secondaire sont capables de créer un vide plus poussé ou un ultra-vide, c'est-à-dire une pression plus basse que 10^-2 Pa. Elles fonctionnent généralement par transfert cinétique ou par capture des molécules de gaz. Elles nécessitent l'utilisation d'une pompe primaire en amont.

Pompe à diffusion d'huile

Une pompe à vide à diffusion est une pompe de transfert cinétique à fluide moteur. Elle se compose d'un corps de pompe refroidi par une circulation d'eau à l'intérieur duquel sont placés des cônes formant des tuyères à leur partie supérieure.
Le fluide moteur (généralement une huile de silicone) est situé dans la partie inférieure de l'appareil. Lorsque le fluide moteur est chauffé, il se vaporise et se diffuse dans les cônes, créant un jet de vapeur supersonique. Les molécules de gaz sont entraînées par le jet de vapeur et sont évacuées de la pompe.
Les pompes à diffusion d'huile sont capables de produire un vide poussé sans avoir de pièces mobiles, ce qui les rend très fiables et peu coûteuses à entretenir. Elles sont utilisées pour des pressions allant jusqu'à 10^_-5 Pa

Sur une large plage de pression, les pompes à diffusion présentent une vitesse de pompage élevée. Celle-ci est pratiquement constante sur toute la zone de travail de la pompe à diffusion (≤ 10^-3 mbar) car, à ces basses pressions, l'air ne peut pas influencer le jet, de sorte que sa trajectoire reste inchangée.
A des pressions d'entrée plus élevées, la trajectoire du jet est modifiée. Par conséquent, la vitesse de pompage diminue jusqu'à devenir infiniment petite, à environ 10^-1 mbar.

Régénération de l'huile

En chauffant l'huile de la pompe, des produits de décomposition peuvent apparaître. De même des composants aspirés peuvent être retenus par l'huile. Ces composants du fluide de pompe peuvent considérablement aggraver la pression limite qu'une pompe à diffusion peut atteindre. Par conséquent, le fluide de pompe doit être débarrassé de ces impuretés et des gaz absorbés.
C'est la fonction de la section de dégazage, à travers laquelle l'huile en circulation passe peu de temps avant d'être réintroduite dans la chaudière.

Dans la section de dégazage, les impuretés les plus volatiles s'échappent.
Le dégazage est obtenu par l contrôlée de la température dans la pompe.
Le fluide de pompe condensé, qui s'écoule le long des parois refroidies sous la forme d'une fine pellicule, est porté à une température d'environ 130 °C, en dessous de l'étage de diffusion le plus bas, pour permettre aux composants volatiles de s'évaporer et d'être éliminés par la pompe primaire. Par conséquent, le fluide de pompe qui se réévapore est constitué uniquement des composants les moins volatils de l'huile de la pompe.

Pompe turbomoléculaire

Le principe de la pompe moléculaire, est connu depuis 1913. Les particules de gaz à pomper reçoivent, par impact sur les surfaces en mouvement rapide d'un rotor, une impulsion dans la direction d'écoulement requise. Les surfaces du rotor, généralement en forme de disque, forment, avec les surfaces fixes d'un stator, des espaces intermédiaires dans lesquels le gaz est transporté vers l'orifice de refoulement.
Ces espaces intermédiaires, très étroits,entrainent des difficultés de construction ainsi qu'une grande sensibilité à la contamination mécanique.
Dans les années 1950, une adaptation issue de la conception des turbines, a permis d'augmenter la taille des espaces intermédiaires, et d'améliorer la fiabilité des équipements.
Un effet de pompage significatif n'est atteint que lorsque la vitesse circonférentielle (au niveau du bord extérieur) des pales du rotor atteint l'ordre de grandeur de la vitesse thermique moyenne des molécules à pomper. Le tableau ici donne cette valeur pour quelques gaz courants.
Les vitesses de rotation des rotors sont très élevées (de 36000 à 72000 t/mn), et la lubrification des roulements est un point de vigilance important.
Le débit de pompage reste constant sur toute la plage de pressions inférieure à 10^-3 mbar.
Le taux de compression est fonction de nature du gaz; il est plus élevé pour les gaz lourds (10⁸ à 10⁹ pour l'azote) que pour les gaz légers (10³ pour l'hydrogène). Celui-ci est sensiblement constant pour la plage de pressions < 10^-2 mbar

Pompe thermomoléculaire

Une pompe thermomoléculaire est une pompe à vide turbomoléculaire qui utilise la chaleur pour accélérer les molécules de gaz et les faire se déplacer dans la direction de la pompe.
Elle est composée d'un rotor et d'un stator, qui sont disposés de manière concentrique. Le rotor est équipé de plusieurs rangées de pales, qui sont disposées de manière à créer des canaux hélicoïdaux.
Lorsque le rotor tourne, les molécules de gaz sont accélérées et se déplacent dans la direction de la pompe. Les molécules de gaz sont ensuite piégées dans les canaux hélicoïdaux et évacuées de la pompe.
Les pompes thermomoléculaires sont utilisées pour des pressions allant jusqu'à 10^-7 Pa