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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée de l’article R2350 intitulé « Mesure de la viscosité - Principes généraux » rédigé par Dominique DUPUIS et paru en 2008.
RÉSUMÉ
La viscosité est une grandeur physique exprimant la résistance d’un fluide à s’écouler. Sa connaissance est capitale dans de nombreux domaines d’application. Cependant, si sa détermination est relativement aisée dans le cas de liquides simples micromoléculaires, elle s’avère plus délicate pour des fluides complexes. Cet article s’inscrira donc dans le cadre plus général de la rhéologie et présentera les différentes grandeurs viscosimétriques susceptibles de caractériser l’écoulement d’un fluide. Les aspects microscopiques seront développés plus particulièrement dans le cas des suspensions de particules solides et des solutions de macromolécules.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Dominique DUPUIS : Professeur émérite des Universités, université de Haute-Alsace, laboratoire de Physique et Mécanique textiles UR 4365, Mulhouse, France
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Alain PONTON : Directeur de recherche CNRS, laboratoire Matière et Systèmes complexes, UMR 7057, Université de Paris et CNRS, France
INTRODUCTION
La viscosité caractérise l’aptitude d’un fluide à s’écouler. Qu’est ce qu’un fluide ? Les liquides et les gaz sont des fluides. Classiquement et, par opposition à un solide, un liquide occupe la forme du récipient qui le contient. Mais, dès lors que l’on étudie des matériaux plus complexes c’est-à-dire structurés à différentes échelles (microscopique, mésoscopique et macroscopique), la frontière entre fluide et solide n’est pas toujours aussi claire. Par exemple, le sable est constitué de particules solides mais il coule. On peut admettre qu’un fluide est un corps susceptible de se déformer indéfiniment dès lors que la résultante des forces appliquées n’est pas nulle. Cette définition est très générale et ce sont les liquides et pâtes fluides qui sont particulièrement envisagés dans le présent article.
La connaissance de la viscosité d’un fluide est fondamentale dans de nombreux domaines : transport de fluides, procédés tels que l’enduction, l’impression ou le filage, application de peintures, secteurs de l’agroalimentaire, des cosmétiques, du biomédical, du génie civil, mise en forme du béton, forages pétroliers… Si la mesure de la viscosité sur échantillons peut servir au contrôle de fabrication, la mesure continue permet d’en surveiller et de réguler le processus.
Toutefois, il importe, dès à présent, de mettre en garde le lecteur : une mesure ponctuelle de la viscosité est généralement insuffisante pour décrire à elle seule les propriétés d’un fluide en écoulement ; dans ce qui suit, d’autres grandeurs rhéologiques seront définies.
Le lecteur se reportera utilement, pour les concepts fondamentaux, aux articles « Mécanique des fluides » [A 1 870] et « Fluides non newtoniens » [A 710].
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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1982 par Claude WOLFF
- Version archivée 2 de oct. 1994 par Claude WOLFF, Dominique DUPUIS
- Version archivée 3 de mars 2008 par Dominique DUPUIS
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4. Conclusion
La viscosité est une grandeur physique caractérisant la résistance d’un fluide à s’écouler. Ce concept est d’un abord relativement aisé dès lors que l’on travaille avec des liquides simples tels que l’eau par exemple. Mais, s’agissant de fluides ayant une microstructure complexe, de nombreuses questions apparaissent et nécessitent de préciser différentes notions, concernant le matériau et concernant le type d’écoulement envisagé.
En effet, le matériau peut être rhéofluidifiant ou rhéoépaississant, thixotrope ou antithixotrope, viscoélastique, à seuil de contrainte. Ces différents types de comportement résultent de modifications de la microstructure sous écoulement. Dans cet article ont été rappelés les principaux résultats concernant deux grandes familles de fluides non newtoniens : les suspensions de particules solides et les solutions de macromolécules.
Deux principaux types d’écoulement ont été envisagés : l’écoulement de cisaillement simple et l’écoulement élongationnel uniaxial. Ainsi, la viscosité de cisaillement – qui est la plus couramment mesurée – est définie comme le rapport de la contrainte de cisaillement à la vitesse de déformation. Les techniques expérimentales devront donc utiliser des géométries telles que ces deux quantités soient bien définies et qui sont décrites dans cet article. Mais ce n’est pas toujours possible et c’est la raison pour laquelle de nombreux essais « empiriques » ont été développés pour répondre à des besoins spécifiques. Ils permettent généralement d’avoir des résultats comparatifs sur une famille donnée de matériaux. Ces méthodes ne sont pas l’objet principal de cet article ; cependant, le lecteur intéressé en trouvera une analyse détaillée dans la référence .
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - EL KISSI (N.), NIGEN (S.), PIGNON (F.) - Glissement et rhéométrie. - In La mesure en rhéologie ; des avancées récentes aux perspectives, coordination éditoriale par Alain Ponton et Jean-Louis Grossiord EDP Sciences, Collection : Science des matériaux (novembre 2013).
-
(2) - COUSSOT (P.), GROSSIORD (J.-L.) - Comprendre la rhéologie : de la circulation du sang à la prise du béton. - EDP Sciences, 221 p. (2001).
-
(3) - GUYON (E.), HULIN (J.P.), PETIT (L.) - Hydrodynamique physique. - EDP Sciences/CNRS Éditions, 674 p. (2001).
-
(4) - OSTWALD (P.) - Rhéophysique : ou comment coule la matière. - Belin, 603 p. (2005).
-
(5) - BARNES (H.A.), HUTTON (J.F.), WALTERS (K.) - An introduction to rheology. - Elsevier, 199 p. (1989).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Groupe Français de Rhéologie :
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Congrès annuel du Groupe Français de Rhéologie :
Annual European Rheology Conference (AERC), organisée tous les ans sauf l’année du congrès international :
International Conference of rheology, organisée tous les quatre ans :
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European Society of Rheology (ESR) :
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