diaphragme

Un diaphragme est une membrane mince et souple, serrée ou soudée sur son pourtour entre deux chambres ou espaces. Il se bombe d'un côté ou de l'autre lorsque la pression change, convertissant la différence de pression en mouvement mécanique. Le matériau est généralement un élastomère (caoutchouc naturel ou synthétique), un alliage métallique ou un composite laminé, choisi en fonction de la plage de pression, de la température et du fluide impliqué. Contrairement à un piston qui glisse dans un alésage, un diaphragme se déforme sur toute sa surface sans joints ni paliers, c'est pourquoi il est utilisé dans des milliers d'applications, des plus petites aux plus grandes.

La fonction principale est soit la mesure, soit le contrôle. Dans les manomètres et les transducteurs, la déflexion du diaphragme déplace un pointeur ou génère un signal électrique proportionnel à la pression. Dans les régulateurs et les soupapes de décharge, le mouvement du diaphragme ouvre ou ferme un orifice pour maintenir une pression de consigne. Les diaphragmes en élastomère conviennent aux basses pressions et aux services corrosifs; les diaphragmes métalliques (généralement en acier ou en bronze, de 0,3 à 1 mm d'épaisseur) gèrent des pressions et des variations de température plus élevées. Les soufflets et les laminés multicouches étendent encore la plage d'utilisation.

Le dimensionnement est régi par la surface exposée à la différence de pression et la raideur du ressort nécessaire pour produire un mouvement utile à la pression cible. Un diaphragme en élastomère de 50 mm de diamètre peut se déplacer de 5 à 10 mm sur une plage de 0,5 bar; un diaphragme métallique de 25 mm étiré sur 2 à 3 bar peut ne se déplacer que de 2 mm. La bague de serrage ou de fixation est critique: un serrage insuffisant provoque des fuites; un serrage excessif déchire le matériau ou provoque un fluage et une défaillance.

Modes de défaillance et durée de vie

La fissuration par fatigue se produit lorsque les changements de pression cycliques dépassent la limite d'endurance du matériau, généralement après des millions de cycles. Les diaphragmes en élastomère peuvent également durcir, gonfler ou se dégrader sous l'effet des UV, de l'ozone ou d'une attaque chimique. Les diaphragmes de soupape dans les régulateurs tombent en panne lorsque des débris se logent sur le siège, empêchant une fermeture complète, ou lorsque le ressort s'affaiblit. La fatigue métallique est moins courante mais catastrophique; un diaphragme perforé ruine l'étanchéité et la régulation. L'entretien préventif comprend des essais de pression périodiques et une inspection du matériau là où c'est accessible.

Les diaphragmes sont présents dans les systèmes pneumatiques et hydrauliques, les réservoirs d'eau sous pression, les régulateurs de carburant, les pressostats à vide, les commandes actionnées par la respiration et les pompes doseuses. Leur simplicité, l'absence de pièces mobiles à l'intérieur des chambres, leur faible coût et leurs modes de défaillance intrinsèques (généralement une fermeture sûre en cas de rupture) en font un standard dans les applications critiques pour la sécurité. Le nom dérive du grec diaphragma, signifiant cloison, et il est étymologiquement le même que le diaphragme anatomique, qui sépare et fléchit également sous l'effet d'une différence de pression.