ISO 6358-1:2013

NORME ISO
INTERNATIONALE 6358-1
Première édition
2013-05-15
Transmissions pneumatiques —
Détermination des caractéristiques de
débit des composants traversés par un
fluide compressible —
Partie 1:
Règles générales et méthodes d’essai
en régime stationnaire
Pneumatic fluid power — Determination of flow-rate characteristics
of components using compressible fluids —
Part 1: General rules and test methods for steady-state flow
Numéro de référence
ISO 6358-1:2013(F)
©
ISO 2013

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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
3.1 Termes et définitions concernant les pressions . 2
3.2 Termes et définitions concernant la température . 3
3.3 Termes et définitions concernant l’écoulement . 3
3.4 Termes et définitions concernant les caractéristiques de débit. 3
3.5 Termes et définitions divers . 4
4 Symboles et unités . 4
5 Installation d’essai . 5
5.1 Circuit d’essai pour l’essai de pression amont constante . 6
5.2 Circuit d’essai pour l’essai de pression amont variable . 6
5.3 Exigences générales . 7
5.4 Tubes de mesure de pression (éléments 6 et 10) . 8
5.5 Connecteurs de transition (éléments 7 et 9) . 9
5.6 Exigences particulières .13
6 Modes opératoires d’essai .14
6.1 Conditions d’essai .14
6.2 Modes opératoires de mesure .15
6.3 Calcul des caractéristiques .17
7 Présentation des résultats des essais .19
8 Mention d’identification (référence à la présente partie de l’ISO 6358) .20
Annexe A (normative) Autre mode opératoire d’essai .21
Annexe B (normative) Étalonnage du débitmètre .24
Annexe C (informative) Évaluation de l’incertitude de mesure .26
Annexe D (informative) Observations sur l’erreur dans les résultats d’essais .31
Annexe E (informative) Équations et représentations graphiques des caractéristiques de débit .41
Annexe F (informative) Utilisation d’unités pratiques .46
Annexe G (informative) Résultats de tests effectués sur des composants pneumatiquesdisponibles
dans le commerce .47
Annexe H (informative) Modes opératoires de calcul du rapport de contre-pression critique, b,et
de l’indice subsonique, m, par la méthode des moindres carrésen utilisant la fonction
«Solveur» de Microsoft Excel .57
Bibliographie .61
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Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives
ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de
Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.
Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 6358-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 131, Transmissions hydrauliques et
pneumatiques, sous-comité SC 5, Appareils de régulation et de distribution et leurs composants.
Cette première édition de l’ISO 6358-1, ainsi que l’ISO 6358-2 et l’ISO 6358-3, annule et remplace
l’ISO 6358:1989, qui a fait l’objet d’une révision technique. Cependant, l’ISO 6358-2 et l’ISO 6358-3 sont
des nouvelles normes dont les champs d’application ne sont pas inclus dans l’ISO 6358:1989
L’ISO 6358 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Transmissions pneumatiques —
Détermination des caractéristiques de débit des composants traversés par un fluide compressible:
— Partie 1: Règles générales et méthodes d’essai en régime stationnaire
— Partie 2: Méthodes d’essai alternatives
La partie suivante est en cours d’élaboration:
— Partie 3: Méthode de calcul des caractéristiques de débit des assemblages
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Introduction
Dans les systèmes de transmission pneumatique, l’énergie est transmise et contrôlée par un gaz sous
pression circulant dans un circuit. Les éléments constituant un tel circuit ont une résistance intrinsèque
à l’écoulement du gaz et il est donc nécessaire de définir et de déterminer les débits caractéristiques
décrivant leurs performances.
L’ISO 6358:1989 a été élaborée pour déterminer les caractéristiques de débit des soupapes pneumatiques,
en se fondant sur un modèle de tuyères convergentes. La méthode comportait deux paramètres
caractéristiques: la conductance sonique, C, et le rapport de pression critique, b utilisés dans une proposition
d’approximation mathématique du comportement de l’écoulement. Le résultat décrivait les performances
d’écoulement d’un élément de transmission pneumatique d’un écoulement sonique à un écoulement
subsonique, basé sur la pression statique. Cette nouvelle édition utilise la pression de stagnation au lieu
de prendre en compte l’influence de la vitesse d’écoulement lors du mesurage des pressions.
L’expérience a montré qu’un grand nombre d’éléments de transmissions pneumatiques ont des
caractéristiques convergentes-divergentes qui ne sont pas bien représentées par le modèle de
l’ISO 6358:1989. De plus, de nouvelles avancées ont permis d’appliquer cette méthode à d’autres
composants que des éléments de transmissions pneumatiques. Toutefois, ceci nécessite d’utiliser
désormais quatre paramètres (C, b, m, et Δp ) pour définir les caractéristiques de débit dans les régions
c
d’écoulement à la fois sonique et subsonique.
La présente partie de l’ISO 6358 décrit un ensemble de quatre paramètres caractéristiques du débit,
déterminés à partir de résultats d’essais. Ces paramètres sont décrits comme suit et sont énumérés en
ordre de priorité décroissante.
— La conductance sonique, C, correspondant au débit maximum (sonique), est le paramètre le plus
important. Ce paramètre est défini par les conditions de stagnation en amont.
— Le rapport de contre-pression critique, b, représentant la limite entre l’écoulement sonique et
l’écoulement subsonique, est le deuxième paramètre le plus important. Sa définition diffère ici de celle
de l’ISO 6358:1989 car elle correspond au rapport entre les pressions de stagnation aval et amont.
— L’indice subsonique, m, est utilisé si nécessaire pour représenter le comportement de l’écoulement
subsonique d’une manière plus précise. En ce qui concerne les composants ayant une voie
d’écoulement fixe, m se répartit autour de 0,5. Dans ces cas-ci, seuls les deux premiers paramètres
caractéristiques C et b sont nécessaires. Pour un grand nombre d’autres composants, m varie
largement. Dans ces cas-là, il est nécessaire de déterminer C, b et m.
— Le paramètre Δp , est la pression d’ouverture. Ce paramètre est utilisé uniquement pour les
c
composants pneumatiques qui s’ouvrent avec une pression amont croissante, par exemple des
clapets anti-retour (contrôle) ou des distributeurs de débit monodirectionnels.
Plusieurs modifications du matériel d’essai ont été effectuées pour résoudre les violations apparentes
de la théorie de l’écoulement des fluides compressibles. Parmi celles-ci se trouvent les tubes de mesure
de pression d’alimentation dont le diamètre est plus grand pour satisfaire aux hypothèses de vitesse
d’alimentation négligeable de l’élément soumis à essai et pour permettre de mesurer directement la
pression de stagnation d’alimentation. Les tubes de sortie dont le diamètre plus grand permettent la
mesure directe de la pression de stagnation aval afin de mieux prendre en compte les différents modèles
de composants. La différence entre la pression de stagnation en amont et en aval d’un composant se
traduit par une perte d’énergie de pression.
Pour soumettre à essai un composant avec un grand alésage nominal ou pour réduire le temps d’essai
ou la consommation d’énergie, il est souhaitable d’appliquer comme méthodes d’essai alternatives les
méthodes spécifiées dans l’ISO 6358-2, qui couvrent un essai de décharge et un essai de charge.
On peut utiliser l’ISO 6358-3 pour calculer sans effectuer de mesure une estimation des caractéristiques
de débit global d’un assemblage de composants et de tuyauterie, en utilisant les caractéristiques de
chaque composant et tuyauterie, déterminées conformément à la présente partie de l’ISO 6358 ou à
l’ISO 6358-2.
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Il convient de noter que les caractéristiques de performances mesurées conformément à la présente
édition de l’ISO 6358 sont différentes de celles qui sont mesurées selon l’ISO 6358:1989.
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Transmissions pneumatiques — Détermination des
caractéristiques de débit des composants traversés par un
fluide compressible —
Partie 1:
Règles générales et méthodes d’essai en régime stationnaire
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 6358 spécifie une méthode d’essai en régime établi des composants de
transmissions pneumatiques utilisant des fluides compressibles, c’est-à-dire des gaz, et ayant des voies
d’écoulement interne de taille fixe ou variable, pour déterminer leurs caractéristiques de débit. Toutefois,
la présente partie de l’ISO 6358 ne s’applique pas aux composants dont le coefficient de débit est instable
pendant leur utilisation, c’est-à-dire les composants présentant un comportement avec des hystérésis
remarquables (composants pouvant contenir des parties flexibles se déformant à l’écoulement) ou
présentant un phénomène de boucle de retour interne (tels que les régulateurs). De plus, elle ne s’applique
pas aux composants qui échangent de l’énergie avec le fluide au cours de la mesure de débit, par exemple
vérins, accumulateurs, etc.
Le Tableau 1 présente un résumé des parties de l’ISO 6358 pouvant s’appliquer aux différents composants.
Tableau 1 — Application des méthodes d’essai de l’ISO 6358 aux composants
Essai de pression Essai de pression
amont constante amont variable
ISO 6358-1
ISO 6358-1
Composants
Essai ISO 6358-2 ISO 6358-2
Essai
à pres- Essai Essai
à pression
sion amont de charge de décharge
amont variable
constante
Groupe 1 Distributeurs de commande oui oui oui oui
directionnelle
Réducteurs de débit oui oui oui oui
Connecteurs oui oui oui oui
Distributeurs à clapets oui oui oui oui
Groupe de composants oui oui oui oui
Groupe 2 Filtres et lubrificateurs oui non non non
Clapets anti-retour oui non non non
Tubes et tuyaux oui non non non
Groupe 3 Silencieux et silencieux à non non oui oui
filtre à coalescence
Buses ou pistolets de souf- non non oui oui
flage
Vannes d’échappement non non oui oui
rapide
Fonds de vérin non non oui oui
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La présente partie de l’ISO 6358 spécifie les exigences relatives à l’installation d’essai, la procédure
d’essai et la présentation des résultats de méthode d’essai pour débit constant.
La présente partie de l’ISO 6358 inclut plusieurs modes opératoires d’essai, incluant celui qui est décrit à
l’Annexe A, provenant de l’ISO 6358:1989. L’étalonnage du débitmètre est décrit à l’Annexe B. L’évaluation
des incertitudes de mesure est décrite à l’Annexe C. Les observations de l’erreur des résultats d’essais
sont décrites à l’Annexe D. Des équations et des représentations graphiques des caractéristiques de
débit sont fournies à l’Annexe E. Des lignes directrices relatives à l’utilisation d’unités pratiques pour
la présentation des résultats sont données à l’Annexe F. Des résultats d’essai sur des composants
pneumatiques disponibles dans le commerce sont donnés à l’Annexe G. Des lignes directrices concernant
le calcul des caractéristiques de débit sont données à l’Annexe H.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 228-1, Filetages de tuyauterie pour raccordement sans étanchéité dans le filet — Partie 1: Dimensions,
tolérances et désignation
ISO 1219-1, Transmissions hydrauliques et pneumatiques — Symboles graphiques et schémas de circuit —
Partie 1: Symboles graphiques en emploi conventionnel et informatisé
ISO 5598, Transmissions hydrauliques et pneumatiques — Vocabulaire
ISO 8778, Transmissions pneumatiques — Atmosphère normalisée de référence
ISO 14743:2004, Transmissions pneumatiques — Raccords instantanés pour tubes thermoplastiques
ISO 16030, Transmissions pneumatiques — Raccordements — Orifices et éléments mâles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 5598 ainsi que les
suivants s’appliquent. Les termes et définitions donnés de 3.1 à 3.3 sont ceux pour lesquels il semble
utile d’insister sur la signification. Les termes et définitions de 3.4 et du 3.5 sont donnés pour les besoins
de la présente partie de l’ISO 6358.
3.1 Termes et définitions concernant les pressions
3.1.1
pression statique
pression mesurée perpendiculairement au sens de l’écoulement, sans influence de perturbations
Note 1 à l’article: à l’article Une pression statique peut être mesurée en raccordant un dispositif de mesure
de la pression à une prise de pression dans une paroi.
3.1.2
pression de stagnation
pression qui existerait dans un courant de gaz d’écoulement si le courant était arrêté par un
processus isentropique
Note 1 à l’article: à l’article Dans la présente partie de l’ISO 6358, la pression statique mesurée dans les
tubes de mesures de pression est effectivement la pression de stagnation, à 6 % près.
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3.2 Termes et définitions concernant la température
3.2.1
température statique
température qui serait mesurée par un dispositif se déplaçant avec le gaz d’écoulement à la même vitesse
3.2.2
température de stagnation
température qui existerait dans un courant de gaz d’écoulement si le courant était arrêté par un
processus isentropique
Note 1 à l’article: à l’article Dans la présente partie de l’ISO 6358, la température mesurée dans les tubes
de mesure de pression avec une sonde de température immergée ou une sonde dans la paroi latérale du tube, est
effectivement la température de stagnation, à 1 % près.
3.3 Termes et définitions concernant l’écoulement
3.3.1
écoulement sonique
écoulement dont la vitesse est égale à la vitesse locale du son au moins dans une section du composant,
signifiant que le nombre de Mach est égal à 1
Note 1 à l’article: à l’article Dans ces conditions, le débit-masse du gaz est proportionnel à la pression amont,
p , et il est indépendant de la pression aval, p .
1 2
3.3.2
écoulement subsonique
écoulement dont la vitesse est inférieure à la vitesse locale du son, c’est-à-dire dont le nombre de Mach
est inférieur à 1, dans chaque section du composant
Note 1 à l’article: à l’article Dans ces conditions, le débit-masse du gaz dépend des pressions amont et aval.
3.4 Termes et définitions concernant les caractéristiques de débit
3.4.1
conductance, C
e
mesure de l’aptitude d’un composant ou tuyauterie pneumatique à conduire un écoulement de gaz
Note 1 à l’article: à l’article On peut déterminer la conductance d’un composant pneumatique d’après la
valeur de l’écoulement dans des conditions d’atmosphère de référence normale, d’après le rapport entre la pression
de stagnation et la température de stagnation générant l’écoulement, comme décrit par l’équation suivante.
q T q T
v 1 m 1
C ==
e
p T ρ p T
1 00 1 0
3.4.2
conductance sonique, C
conductance dans la région d’écoulement sonique
3.4.3
rapport de conductance
rapport entre la conductance et la conductance sonique
Note 1 à l’article: à l’article Le rapport de conductance, C /C, est inférieur ou égal à 1.
e
3.4.4
rapport de contre-pression critique, b
rapport entre la pression de stagnation aval et la pression de stagnation amont lorsque le débit-masse
du gaz traversant le composant ou la tuyauterie vient d’atteindre la région d’écoulement sonique de la
courbe de débit ou de conductance
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3.4.5
indice subsonique, m
indice exponentiel destiné à exprimer la fonction caractéristique du débit-masse dans la région
d’écoulement subsonique de la courbe de débit ou de conductance
3.4.6
pression d’ouverture, Δp
c
pression différentielle entre les pressions amont et aval, nécessaire pour que le débit-masse soit supérieur
au rapport pratique le plus bas de q /q *
m m
3.4.7
coefficient de dépendance par rapport à la pression, K
p
rapport selon lequel la conductance sonique est affectée par la pression amont
Note 1 à l’article: à l’article Voir Équation (3).
3.5 Termes et définitions divers
3.5.1
tube de mesure de pression
tube ayant un diamètre intérieur défini et avec des Orifice de prise de pression pour mesurer la pression
perpendiculaire au sens d’écoulement
3.5.2
connecteur de transition
connecteur avec transition de forme conique pour relier les orifices du composant soumis à essai au
tube de mesure de pression
3.5.3
chemin d’écoulement interne variable
chemin d’écoulement dont la taille dépend de la différence de pression entre l’orifice d’alimentation et
l’orifice de sortie du composant (par exemple produite par un joint de clapet à ressort)
4 Symboles et unités
4.1 Les symboles et unités utilisés dans la présente partie de l’ISO 6358 doivent être conformes au Tableau 2.
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Tableau 2 — Symboles et unités
a b
Référence Description Symbole Dimension Unité SI
3.4.3 Rapport de contre-pression critique b nombre simple –
4 −1 3
3.4.2 Conductance C L TM m /(s·Pa)(ANR)
e
4 −1 3
3.4.2 Conductance sonique C L TM m /(s·Pa)(ANR)
3.4.4 Indice subsonique m nombre simple –
−1 −2 c
— Pression de stagnation absolue p ML T Pa
−1
— Débit-masse q MT kg/s
m
3 −1 3
— Débit-volume ramené à l’atmosphère q L T m /s(ANR)
v
normale de référence
2 −2 −1
— Constante des gaz parfaits R L T Θ J/(kg·K)
— Température de stagnation absolue T Θ K
−1 −2 c
3.4.5 Pression d’ouverture Δp ML T Pa
c
-1 2 -1
3.4.7 Coefficient de dépendance K ML T Pa
p
par rapport à la pression
−3 3
— Masse volumique ρ ML kg/m
a
M = masse; L = longueur; T = temps; Θ = température.
b
L’emploi d’unités pratiques pour la présentation des résultats est décrit à l’Annexe F.
c 2
1 Pa = 1 N/m .
4.2 Les chiffres utilisés en indice et les astérisques (*) utilisés en exposant des symboles énumérés
dans le Tableau 2 doivent être utilisés comme spécifié dans le Tableau 3.
Tableau 3 — Indices et exposants
Exposant Indice Signification
0
 Conditions d’atmosphère normale de référence
définies dans l’ISO 8778, à savoir:
T = 293,15 K
0
3
ρ = 1,185 kg/m
0
a
p = 100 kPa (1 bar )
0
65 % d’humidité relative
1 Conditions amont
2 Conditions aval
* Conditions pendant les essais d’écoulement sonique
a 2
1 bar = 100 kPa = 0,1 MPa; 1 Pa = 1 N/m .
4.3 Les symboles graphiques utilisés sur les Figures 1 et 2 sont conformes à l’ISO 1219-1.
5 Installation d’essai
AVERTISSEMENT — Les Figures 1 et 2 représentent des circuits de base ne comportant pas tous
les composants de sécurité nécessaires pour protéger des dommages en cas de défaillance d’un
composant. Il est important que les responsables des essais apportent l’attention nécessaire à la
sécurité du personnel et de l’équipement.
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5.1 Circuit d’essai pour l’essai de pression amont constante
5.1.1 Si les tubes de mesure de pression peuvent être raccordés en amont et en aval du composant
soumis à essai, un circuit d’essai approprié tels que présenté à la Figure 1 doit être utilisé.
6
1 2 3 4 5 11 7 8 12’ 9 10 13 4’
12

14

NOTE Voir le Tableau 4 pour la légende des composants du circuit d’essai.
Figure 1 — Circuit d’essai pour l’essai de pression amont constante
5.1.2 Une alternative à ce circuit d’essai est présentée en Figure A.1.
5.2 Circuit d’essai pour l’essai de pression amont variable
Si le composant soumis à essai comporte un orifice de raccordement sur son côté aval, un circuit d’essai
approprié tels que présenté à la Figure 2 doit être utilisé. Si le composant ne comporte pas d’orifice de
raccordement sur son côté aval (par exemple un silencieux), voir 5.3.4 pour de plus amples informations.
1 2 3 4 5 11 6 7 8 12’ 9 12 10 4’

14

NOTE Voir le Tableau 4 pour la légende des composants du circuit d’essai.
Figure 2 — Circuit d’essai pour l’essai de pression amont variable
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Tableau 4 — Légende des composants des circuits d’essai présentés sur les Figures 1 et 2
Paragraphe
Référence Recommandation et exigences com-
ou alinéa Description
numérique plémentaires
concerné
1 5.3.2 Source et filtre de gaz comprimé
2 — Régulateur de pression réglable
3 — Vanne d’isolement De préférence avec un trajet d’écoule-
ment rectiligne
4 — Dispositif de mesure du débit Peut également être placé en position 4’
[c’est-à-dire en aval du tube de mesure
de pression aval (élément 10)].
5 — Instrument de mesure de la tempéra- Capteur situé sur l’axe du tube de
ture mesure de pression amont (élément 6).
Voir 5.4.2 et 5.4.3.
6 5.4 Tube de mesure de pression amont
7 5.5 Connecteur de transition amont Fixé au tube de mesure de pression et au
composant soumis à essai
8 — Composant soumis à essai
9 5.5 Connecteur de transition aval Fixé au tube de mesure de pression et au
composant soumis à essai
10 5.4 Tube de mesure de pression aval
11 — Manomètre ou capteur de pression
amont
12 — Manomètre ou capteur de pression Un manomètre ou capteur de pression
aval différentiel, 12’, peut aussi être utilisé.
13 — Électrovanne La conductance sonique de cette électro-
vanne doit être environ quatre fois plus
grande que celle de l’élément soumis à
essai.
14 — Baromètre
a
15 5.6.3 Raccord N’est pas représenté aux Figures 1 et 2;
voir Figure 7.
a
16 5.6.3 Raccord de fermeture N’est pas représenté aux Figures 1 et 2;
voir Figure 7.
a
En option, un ensemble de raccords instantanés peut également être utilisé.
5.3 Exigences générales
5.3.1 Le composant soumis à essai doit être installé et fonctionner dans le circuit d’essai, conformément
aux instructions de fonctionnement du fabricant.
5.3.2 Un filtre, constituant un étalon de filtration spécifié par le fabricant du composant soumis à essai,
doit être installé.
5.3.3 Une installation d’essai doit être réalisée à partir des éléments énumérés au Tableau 4, sauf pour
l’élément 13 qui n’est pas nécessaire pour l’essai de pression amont variable.
5.3.4 Les éléments 9, 10 et 12 ne sont pas requis pour l’essai de pression amont variable lorsque le
composant soumis à essai ne comporte pas d’orifice aval.
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5.3.5 Tous les raccordements pour mesure de pression doivent être réalisés de sorte que le liquide
entraîné ne puisse être pas piégé ou retenu; un dispositif de purge peut être prévu à tout emplacement où
le liquide s’accumule.
5.3.6 Le connecteur d’alimentation du tube de mesure de pression a
...