Contribution à la détermination de la courbe de pression de vapeur saturante de l’eau pure dans la plage de –80 °C à +100 °C, avec une très haute exactitude

Contribution to the determination of the vapour pressure curve of pure water in the temperature range between -80 ° C to +100 ° C, with high accuracy

• Auteur / Autrice : Sid-Ali Mokdad
• Direction : Marc Himbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, métrologie, communications
• Date : Soutenance le 28/09/2012
• Etablissement(s) : Paris, CNAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de philosophie (Lyon ; Grenoble ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Centre Technique : Centre d'études techniques des industries aérauliques et thermiques (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Georges Descombes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Himbert, Georges Descombes, Jacques José, Anton Steiner, Eric Georgin, Yves Hermier, Pierre Otal, Benoît Savanier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques José, Anton Steiner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pression de vapeur

Vapeur d'eau

Mots clés libres

Pression de vapeur saturante

Pression de sublimation

Eau pure; Glace

Dispositif expérimental statique

Mesure directe de température et des pressions statique

Transpiration thermique

Estimation d'incertitude

Vapour pressure

Sublimation pressure

Pure water; Ice

Static apparatus

Direct measurement of température and pressure

Thermal transpiration

Uncertainty estimation

Résumé

La détermination des propriétés physiques de l’eau pure, notamment la pression de vapeur saturante en fonction de la température, est un enjeu majeur en humidité et identifié comme tel par le Comité Consultatif de Thermométrie (CCT-WG6) sous-groupe Humidité du Comité Technique de Température (TC-T) afin d’améliorer les incertitudes des références nationales en humidité. A cette fin, le LNE-CETIAT et le LNE-Cnam ont développé conjointement un dispositif expérimental permettant d’accéder au couple température / pression de vapeur saturante de l’eau pure. Le principe est basé sur une mesure statique de la pression et de la température dans une cellule d’équilibre associée à un calorimètre quasi-adiabatique. La gamme de température d’équilibre couverte s’étend de 193,15 K à 373,15 K, correspondant à une pression de vapeur saturante allant de 0,06 Pa à 105 Pa.Ce travail présente la description, la réalisation et la caractérisation métrologique de ce nouveau dispositif expérimentale. Les résultats des mesures expérimentales sont comparés avec les travaux théoriques et expérimentaux les plus récents. Le budget d'incertitude finale prend en compte la contribution de la mesure de pression, de la mesure de température et des effets parasites telles que la transpiration thermique et la pression aérostatique. Grace aux différentes solutions mises en œuvre, la contribution des mesures de température dans le bilan d’incertitude globale est réduite. La part prépondérante reste essentiellement associée à la mesure de pression.

The determination of the physical properties of pure water, especially the vapor-pressure curve, is one of the major issues identified by the Consultative Committee for Thermometry (CCT) of the technical committee in thermometry sub-field hygrometry to improve the accuracy of the national references in humidity.In order to achieve this objective, the LNE-CETIAT and the LNE-Cnam have jointly built a facility dedicated to the measurement of the saturation vapor pressure and temperature of pure water. The principle is based on a static measurement of the pressure and the temperature of pure water in a closed, temperature-controlled thermostat, conceived like a quasi-adiabatic calorimeter. The explored temperature range lies between 193,15 K and 373,15 K, and the pressure range between 0,06 Pa and 105 Pa.This work presents a full description of this facility and the preliminary results obtained for its characterization. The obtained results have been compared with available literature data. The final uncertainty budget took into account several components: pressure measurements, temperature measurements and environmental error sources such as thermal transpiration and hydrostatic pressure correction. Thanks to the employment of several technical solutions, the thermal contribution to the overall uncertainty budget is reduced, and the remaining major part is mainly due to pressure measurements.