Bilan des ATELIERS lors de V2T 2024
Les ateliers : le point de vue du visiteur du salon
Outre leur intérêt technique, les ateliers proposés au cours de V2T ont également permis aux visiteurs de rompre le rythme habituel des échanges exposants/visiteurs en ouvrant des fenêtres temporelles divertissantes tout en étant très instructives. Les expériences de vide ont permis de montrer facilement aux visiteurs le lien entre vide et énergie de surface par la solidification de l’eau à mesure que la pression diminue, tandis que l’atelier détection de fuites détaillait les points techniques, astuces et autres précautions nécessaires à ces opérations, parfois délicates, de recherche de fuite sur une installation de vide ou d’ultravide. Sans oublier l’amusant et original parallèle entre spectrométrie de masse à déviation magnétique et basket sur table ! Et que dire du plongeon dans les mécanismes microscopiques des dépôts de couches minces grâce à la réalité virtuelle : plasma, mouvement des atomes et molécules, dépôt, vide, tout y était pour comprendre comme si nous y étions ce qu’il se passe à l’intérieur d’un réacteur de dépôt. Et tout ça complété par les explications d’experts du domaine, avec clarté et bonne humeur... vivement la prochaine édition !
Quelques propriétés du vide
Quelques propriétés du vide
L’objectif de l’atelier était, par l’expérience, de montrer les propriétés du vide (basse pression), d’en décliner les applications industrielles possibles et de déterminer les pompes les plus adaptées.
Les visiteurs ont pu faire les 3 expériences suivantes :
- Réveil en fonctionnement dans une cloche à vide
- Ballon de baudruche dans une cloche à vide
- Verre d’eau dans une cloche à vide
Réveil dans une cloche à vide :
Expérience
Le réveil en fonctionnement est introduit dans une cloche à vide. Au fur et à mesure que la pression diminue, le son devient inaudible.
Explications
Le son est une vibration mécanique : pour se propager, il a besoin d’un support matériel susceptible de se déformer à son passage. Dans un fluide compressible, le plus souvent l’air, cette propagation se fait sous forme d’une variation de pression créée par la source sonore. Sous l’effet de cette variation de pression, les molécules d’air situées près de la source se déplacent de part et d’autre de leur position d’équilibre (très faiblement, de l’ordre de quelques micromètres) ; ce déplacement comprime alors les molécules voisines, qui se déplacent elles aussi, et ainsi de suite : la perturbation issue de la source sonore se propage donc de proche en proche, en utilisant l’air comme support.
Dans les fluides, comme l’air et les liquides, l’onde sonore est longitudinale, c’est-à-dire que les particules vibrent parallèlement à la direction de déplacement de l’onde.
Dans le vide, le son ne trouve plus de support matériel pour se propager. C’est pourquoi la sonnerie du réveil devient inaudible au fur et à mesure que la pression dans la cloche diminue.
Le vide est un isolant phonique
Ballon de baudruche dans une cloche à vide :
Expérience
Un ballon est placé dans une cloche à vide et l’air est pompé hors de la cloche, le ballon commence à se gonfler.
Dès que l’air est pompé à l’intérieur de la cloche les visiteurs ont vu le ballon de baudruche se gonfler de plus en plus…jusqu’à remplir la plus grande partie du volume intérieur de la cloche.
Explications
En effet l’air contenu dans le ballon tend à combler le vide créé autour de lui dans la cloche en verre.
Lorsque le ballon légèrement gonflé est placé sous la cloche, la force due à la pression qu’exerce l’air contenu dans le ballon est égal à la force due à la pression qu’exerce l’air contenu dans la cloche : les 2 pressions s’équilibrent. Ceci est vrai en tout point de la paroi du ballon.
Lorsqu’on vide la cloche grâce à la pompe à vide, l’air contenu dans le ballon exerce sur la paroi de celui-ci une pression plus grande que celle qui existe dans la cloche : le volume du ballon augmente alors pour que les pressions régnant dans le ballon et la cloche s’équilibrent.
Applications
Ce déséquilibre des forces en présence est utilisé dans de nombreuses applications industrielles.
Par exemple :
- Préhension par ventouses
- Transport pneumatique
Exemple de pompes utilisées :
pompes à palettes, pompes à becs, turbines à canal latéral, venturi….
Verre d’eau dans une cloche à vide
Expérience
Un verre rempli d’eau est introduit dans une cloche à vide. Au fur et à mesure que la pression diminue, l’eau entre d'abord en ébullition puis se solidifie pour atteindre l’état de glace.
Explications
A une pression plus faible, le changement d'état se produit pour des températures plus basses. Ainsi, l'eau bout à une température inférieure à 100 °C en montagne car la pression diminue avec l'altitude.
Dans un liquide les molécules sont constamment en mouvement. Dans un liquide dont la température est en dessous de la température d'ébullition, l'ensemble des molécules les plus énergétiques qui se trouvent à la surface du liquide peut se muer en gaz. Ce passage du liquide au gaz sans ébullition constitue l'évaporation.
Une fois à l’état de gaz, les molécules d’eau sont aspirées par la pompe à vide. L’eau perd ses molécules les plus énergétiques, la température diminue et passe à l’état de glace.
En maintenant la température de l’eau et en diminuant la pression, l’ensemble de l’eau se serait évaporée.
Applications industrielles des changements d’état :
- distillation sous vide,
- nettoyage industriel,
- vacuum cooling,
- lyophilisation.
Le virtuel au service du Vide
Le virtuel au service du Vide
Le LaBoMaP et le LISPEN, deux laboratoires des Arts et Métiers Sciences et Technologies, ont animé un stand associant la recherche et l’utilisation industrielle des technologies du vide et des technologies de réalités virtuelle et augmentée. Les visiteurs ont pu expérimenter une application immersive avec un casque de réalité virtuelle (RV) et des applications de réalité augmentée (RA) sur smartphone ou tablette.
En RV, il s’agissait dans un premier temps d’évoluer dans un laboratoire avec une enceinte de dépôt PVD industrielle et de manipuler certains composants (la porte, des barres porte-substrats). Ensuite, le visiteur « rentrait » dans l’enceinte en changeant d’échelle et assistait aux phénomènes physiques se produisant durant le procédé : variation de la pression et de la nature de l’atmosphère, génération du plasma et transport, croissance de la couche sur un substrat. Une tablette virtuelle permettait de suivre l’évolution des paramètres de l’interface de contrôle du système de dépôt.
En RA, une des deux applications permettait de visualiser en 3D la microstructure colonnaire typique d’un film PVD : angle d’inclinaison, évasement, interface dense et composée d’une multitude de petits amas issus de la compétition de croissance. La seconde application offrait la possibilité d’aider à la conception d’une enceinte de dépôt en ajoutant et positionnant des composants virtuels sur un bâti réel.
Sites de l’établissement et des laboratoires :
La détection de fuite par gaz traceur hélium démystifiée
La détection de fuite par gaz traceur hélium démystifiée
Un duo d’experts de la société Pfeiffer Vacuum a pris part, durant les deux jours du salon, à un atelier visant un public désireux de découvrir la détection de fuite. L’atelier ainsi constitué avait pour vocation de balayer très simplement et de manière ludique les différents aspects de la détection de fuite. Pour cela, plusieurs concepts de base ont été présentés tels que :
- les applications de la détection de fuite dans les objets du quotidien
- les diverses unités employées en détection de fuite
- les différentes méthodes de détection de fuite, contraintes et sensibilités associées
- les ordres de grandeur d’une fuite à travers des exemples ludiques
- la visualisation de deux fuites différentes (5e-2 mbar.l/s et 5e-5 mbar.l/s) dans de l’eau « test à bulle »
Afin de pouvoir présenter des manipulations simples sur produit, un focus particulier a été fait sur la détection de fuite du traceur hélium à l’aide d’un spectromètre de masse à déflexion magnétique.
Pour cette partie plus « active » de l’atelier, les participants pouvaient, sur deux installations distinctes, tenter de localiser des fuites en aspersion de gaz traceur He et/ou en reniflage de gaz traceur He.
Ces deux ateliers permettaient aux experts de prodiguer, d’une part, de précieux conseils aux utilisateurs de détecteurs de fuite, et d’autre part, d’expliquer à de nouveaux utilisateurs quelle méthode de test employer en regard de quelles contraintes.
Une vidéo présentant le fonctionnement d’un spectromètre de masse à déflexion magnétique en utilisation était également à disposition pour mieux comprendre tous les éléments qui avaient été présentés jusqu’ici.
