Chapitre 7 | Première Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Physique-Chimie | ⏱ 50 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, 12:30
Mathieu est poseur de cuisines dans une entreprise d'agencement à Lyon. Pour assembler rapidement les caissons de cuisine, il utilise une cloueuse pneumatique alimentée par un compresseur d'atelier.
| Équipement | Caractéristique | Valeur |
|---|---|---|
| Compresseur | Pression maximale dans la cuve | 8 bar |
| Volume de la cuve | 50 L | |
| Indication du manomètre (lecture actuelle) | 6 bar | |
| Cloueuse pneumatique | Pression de travail recommandée | 5 à 7 bar |
| Surface du piston interne | S = 4 cm² = 4 × 10⁻⁴ m² |
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (force pressante), §2 (P = F/S) et §3 (transmission de la pression dans un fluide) de la leçon Ch07.
a) Quel instrument permet à Mathieu de lire la pression dans la cuve du compresseur ?
b) Quelle est la pression actuellement lue ? La cloueuse peut-elle fonctionner correctement ?
a) L'instrument est un manomètre.
b) La pression lue est de 6 bar. La plage de travail recommandée est 5 à 7 bar. Comme 6 bar ∈ [5 ; 7], la cloueuse peut fonctionner correctement.
Convertir la pression lue (6 bar) en pascals (Pa). Rappel : 1 bar = 10⁵ Pa.
P = 6 bar = 6 × 10⁵ Pa = 600 000 Pa (soit 600 kPa).
L'air comprimé pousse sur le piston de la cloueuse. Surface S = 4 × 10⁻⁴ m².
a) Quelle formule relie pression P, force pressante F et surface S ?
b) Calculer la force pressante F sur le piston (P = 6 bar).
a) P = F / S, donc F = P × S.
b) On utilise P en pascals : P = 6 × 10⁵ Pa.
F = P × S = 6 × 10⁵ × 4 × 10⁻⁴ = 240 N.
C'est cette force qui propulse le clou dans le bois.
Si Mathieu augmente la pression du compresseur à 7 bar, la force sur le piston sera-t-elle plus grande ou plus petite ? Justifier sans calculer.
D'après F = P × S, si P augmente et S reste constante, alors F augmente.
Plus la pression est élevée, plus la force exercée sur le piston est grande. C'est ainsi que la pression transmet une force : la pression se propage dans tout le gaz et s'exerce sur chaque surface en contact.
Calculer la force pressante sur le piston à 7 bar, puis comparer à la force calculée en Q3.
P = 7 bar = 7 × 10⁵ Pa.
F = P × S = 7 × 10⁵ × 4 × 10⁻⁴ = 280 N.
À 7 bar, F = 280 N contre 240 N à 6 bar. La force a augmenté de 40 N (+17 %), ce qui confirme que plus P est élevée, plus F est grande.
Mathieu explique à un apprenti : « Dans le compresseur, l'air est comprimé dans la cuve. Cette pression se transmet par le tuyau jusqu'au piston de la cloueuse. C'est comme ça que l'air pousse le clou. »
Reformuler avec vos propres mots, en utilisant : pression, surface, force pressante.
L'air est comprimé dans la cuve du compresseur, ce qui crée une pression élevée. Cette pression se propage dans le tuyau jusqu'à la cloueuse. Dans la cloueuse, l'air comprimé pousse sur la surface du piston. Cela crée une force pressante sur le piston, qui propulse le clou dans le bois.
La pression est la même dans tout le circuit d'air comprimé (cuve, tuyau, cloueuse). C'est la surface du piston qui détermine la force obtenue : F = P × S.
Vérification : un clou de menuiserie s'enfonce dans du bois tendre lorsque la force dépasse environ 200 N. La cloueuse à 6 bar peut-elle enfoncer un clou ? Et à 5 bar (pression minimale recommandée) ?
À 6 bar : F = 240 N > 200 N → la cloueuse enfonce le clou ✓.
À 5 bar : F = 5 × 10⁵ × 4 × 10⁻⁴ = 200 N. La force est juste égale au seuil → le clou s'enfonce tout juste. C'est cohérent avec le fait que 5 bar est la pression minimale recommandée par le fabricant.
Les valeurs sont cohérentes avec les spécifications techniques du fabricant.
Mathieu forme un nouvel apprenti à l'utilisation du compresseur et de la cloueuse. Rédiger 3 recommandations de sécurité concernant la pression de l'air comprimé en atelier.
Pourquoi les vérins hydrauliques (huile) sont-ils utilisés pour les très grandes forces (presse, grue, pelleteuse), alors que les vérins pneumatiques (air) le sont pour les petites forces (cloueuse, agrafeuse) ?
Comparaison air vs huile :
| Pneumatique (air) | Hydraulique (huile) | |
|---|---|---|
| Pression de service | 5-10 bar | 100-700 bar |
| Force max (piston Ø 100 mm) | ~ 7 kN | ~ 5 000 kN (= 500 t) |
| Compressibilité | Forte (l'air se comprime) | Très faible (huile incompressible) |
| Précision de position | Mauvaise | Excellente |
| Vitesse | Rapide (1-3 m/s) | Lente (0,1-0,5 m/s) |
| Coût | Faible | Élevé |
Conséquences pratiques :
Calcul d'exemple — vérin hydraulique de pelleteuse :
P = 250 bar = 2,5 × 10⁷ Pa. Surface piston = π × (0,06)² ≈ 0,0113 m². F = P × S = 2,5 × 10⁷ × 0,0113 ≈ 282 500 N ≈ 28 tonnes.
D'où la capacité d'une pelleteuse à creuser dans la roche dure : pression × surface = force gigantesque.
Bonus : la presse hydraulique de Pascal (1647) repose sur le même principe que la cloueuse de Mathieu : la pression se propage uniformément, multipliée par le rapport des surfaces. Un mécanicien qui pompe une presse à 0,1 m² pour pousser une voiture sur un piston de 1 m² obtient une amplification × 10.