Le terme « vide » désigne des états très différents, que l’on peut classer en vide industriel, jusqu’à 100 mbar, vide primaire, de 100 à 10-3 mbar, vide secondaire de 10-3 à 10-6 mbar, ou ultravide de 10-6 à 10-9 mbar. De ces différents niveaux découlent une multitude d’applications qui concernent de nombreux segments industriels : agroalimentaire, chimie (chimie fine, cosmétique, pharmacie, pétrochimie…), électronique, métallurgie, optique, papeterie… Au sein de ces segments, le vide est utilisé pour le conditionnement sous vide, la lyophilisation, le séchage, la distillation, les procédés de dépôts, les traitements thermiques ou ioniques, le dégazage, la manutention, le fonctionnement de nombreux appareils analytiques (microscopes électroniques, spectromètres de masse…). Une grande diversité de pompes et d’éjecteurs permet de travailler dans les différents domaines du vide. Les pompes à vide sèches et les technologies qu’elles concurrencent sont utilisées en vide industriel et en vide primaire.
Les pompes à vide sèches n’utilisent, dans leur chambre de compression, aucun fluide.
Les technologies du vide
- Éjecteurs : jusqu’à 50 mbar – vide industriel et primaire
- Pompes à anneaux liquides : jusqu’à 50 mbar – vide industriel et primaire
- Pompes à vide sèches : 10-3 à 500 mbar – vide industriel et primaire
- Pompes à palettes lubrifiées : 10-3 à 10-1 mbar – vide industriel et primaire
- Pompes à diffusion : jusqu’à 10-4 mbar – vide secondaire et ultravide
- Pompes turbomoléculaires : jusqu’à 10-6 mbar – vide secondaire et ultravide
- Pompes cryogéniques : jusqu’à 10-8 mbar – vide secondaire et ultravide
Susceptible d’entrer en contact avec le gaz ou la vapeur à pomper, le terme « pompes à vide sèches » regroupe plusieurs types de pompes : à palettes sèches, à membranes, Roots et trilobes, à becs, à vis, à spirales. Il existe aujourd’hui un tel nombre de technologies et de modèles de pompes à vide sèches qu’il est possible de travailler en vide sec depuis quelques centaines de mbar jusqu’à 10⁻³ mbar (voire 10⁻⁶ pour les groupes de pompage les plus performants) et pour des débits pouvant atteindre 8 000 m³/h.
Des atouts certains… Des limites toujours repoussées
L’utilisation des pompes à vide sèches présente, par rapport aux pompes à anneaux liquides, aux pompes à palettes lubrifiées et aux éjecteurs, plusieurs avantages :
- * des consommations (eau, vapeur, énergie) faibles ;
- * l’absence d’effluents liquides pollués ;
- * la non-contamination des produits pompés et de l’enceinte placée sous vide par le fluide de travail (eau ou huile).
Aujourd’hui, les fabricants ont amélioré les performances de leur matériel pour répondre aux attentes de leurs clients : dispositifs anti-déflagrations, anti-flammes, matériaux anti-corrosion ou anti-friction…, autant d’innovations qui permettent d’installer les pompes à vide sèches sur des procédés toujours plus nombreux et plus exigeants. Les derniers modèles supportent également beaucoup mieux l’aspiration de liquides ou de poussières que les premières pompes à vide sèches !
Le vide sec : pour qui ?
Utilisées au départ dans l’industrie des semi-conducteurs, les pompes à vide sèches se sont répandues en chimie (pharmacie, cosmétique…). Les principaux fabricants commercialisent des gammes dédiées spécifiquement à ces deux segments industriels. Moins connues dans l’industrie agro-alimentaire, les pompes à vide sèches peuvent y présenter, pour certaines applications spécifiques, un intérêt technique, économique ou environnemental : absence de contamination par le fluide de travail, baisse de la consommation d’eau.
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Performances des pompes à vide sèches
Technologie | vide (mbar) | débit (m³/h) | codes fabricants
palettes sèches | 100 – 250 | 2 – 600 | 3, 5, 7, 8, 12, 13, 16
Membranes | 2 – 500 | 0,01 – 33 | 1, 3, 4, 6, 10, 14, 15, 19
Roots | 50 – 330 | 60 – 3 300 | 2, 6, 7, 9, 16
Becs | 10⁻¹ – 1 | 600 – 1 800 | 2, 6, 7, 11, 12
roots multi-étagées, trilobes | 10⁻¹ – 1 | 120 – 2 600 | 2, 6, 18
Vis | 10⁻¹ – 3 | 250 – 3 700 | 7, 16, 17, 20
Spirales | 10⁻³ – 10¹ | 3 – 85 | 6, 20
Liste fournisseurs : 1. Alcatel Vacuum Technology – 2. Air Dimensions – 3. Aste Thomas – 4. BamanU – 5. Becker – 6. BOC Edwards – 7. Busch – 8. Dürr Technik – 9. Hibow – 10. KNF – 11. Leybold – 12. Mil’s – 13. Novair – 14. Pfeffer – 15. Piller & Tivouleur – 16. Rietschle – 17. Sterling Fluid Systems – 18. Ulvac – 19. Vacuubrand – 20. Varian]
Aspects économiques
Les pompes à vide sèches les plus performantes sont des mécaniques de précision. Elles permettent d’atteindre des niveaux de vide comparables aux technologies lubrifiées. Ces modèles présentent des surcoûts variables par rapport aux pompes à palettes lubrifiées et surtout par rapport aux pompes à anneau liquide ou aux éjecteurs. À débit égal, les pompes à vide sèches sont de deux à dix fois plus chères, notamment du fait de nombreux périphériques (armoires de commandes, pièges pour les liquides, filtres à poussières…). Ce coût élevé est compensé par les atouts des pompes à vide sèches : la diminution des coûts de consommation d’eau et la possibilité de recycler les solvants mais également des bénéfices réels pour l’environnement et les produits traités.
Pompes à vide sèches et environnement
L’utilisation des pompes à vide sèches présente des intérêts certains en matière d’environnement : consommation d’eau réduite par rapport aux pompes à anneau liquide et aux éjecteurs, absence d’effluents liquides contaminés. Cependant, les pompes à vide sèches aspirent et refoulent, à l’état gazeux, des composés polluants. Les autres techniques de production de vide (pompes à anneaux liquides ou éjecteurs) sont elles aussi concernées par des émissions équivalentes de composés volatils mais plus difficiles à maîtriser. Dans le cas des pompes à vide sèches, les solutions existent : condensation à pression atmosphérique pour les substances les moins volatiles, cryo-condensation, adsorption sur charbons actifs, oxydation thermique… Elles permettent le recyclage des composés aspirés ou leur élimination dans des conditions optimales.
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Pour en savoir plus
• « Dossier Pompes », Informations Chimie, n° 367, avril 1995, p. 82-98.
• « Les pompes à vide », Industries et Techniques, n° 778, janvier 1997, p. 117-125.
• Butterill M., « Dry pumps win favour in chemicals », Manufacturing Chemist, novembre 1998, p. 20-21.
• Lessard P.A., « Dry vacuum pumps for semiconductor processes: guidelines for primary pump selection », J. Vac. Sci. Technol. A, 18 (4), juil./août 2000, p. 1777-1781.
• Société Française du Vide : 19, rue du Renard, 75004 Paris – www.vide.org]
[Photo : légende : Bilan des flux de pollution pour deux technologies de vide]
