Mesure de la viscosité - Viscosimètres et rhéomètres

Le choix de la méthode de mesure dépend d’abord des grandeurs que l’utilisateur veut déterminer. Celui-ci peut par exemple souhaiter :

• obtenir une mesure ponctuelle de la viscosité de cisaillement ;

• obtenir la viscosité de cisaillement sur une large plage de vitesses de déformation ;

• obtenir une mesure de la viscosité élongationnelle ;

• caractériser la thixotropie ;

• caractériser la viscoélasticité…

Toutes ces grandeurs et propriétés sont définies dans l’article « Mesure de la viscosité. Principes généraux » [R 2 350].

L’utilisateur doit ensuite définir la nature de la mesure : absolue ou relative. Actuellement, il n’existe de normes précises de mesures absolues que pour la viscosité de cisaillement. C’est également dans ce seul domaine qu’il existe des liquides de référence permettant des mesures relatives avec des étalons normalisés.

Les autres paramètres de choix sont les suivants :

• nécessité d’une mesure normalisée : l’appareil de mesure et son mode de fonctionnement sont alors très souvent imposés ; la méthode recommandée a parfois un caractère empirique, pouvant entraîner des erreurs d’appréciation considérables avec des fluides non newtoniens ;

• coût d’investissement : en règle générale, l’investissement dans la seule mesure de viscosité de cisaillement simple est sensiblement inférieur à celui des autres propriétés (élasticité ou viscosité élongationnelle) ;

• coût de fonctionnement : là aussi, la mesure de la viscosité de cisaillement nécessite moins de temps et un personnel moins qualifié que celle des autres propriétés ;

• domaine de gradient de vitesse (ou de contrainte de cisaillement) dans lequel la mesure doit être effectuée : en général, les mesures aux très faibles contraintes ne peuvent être effectuées qu’avec des appareils rotatifs ;

• exactitude requise : il s’agit là d’un paramètre qu’il n’est pas facile de saisir objectivement. En effet, les mesures doivent souvent, comme on le verra dans les paragraphes suivants, être corrigées de diverses manières. La valeur de ces corrections et erreurs dues au fluide peut être plus importante que celle intrinsèque à l’instrument. En ce qui concerne cette dernière, ce sont les appareils du type capillaire qui ont les meilleures incertitudes.

La première partie de cet article est consacrée aux principes de base et aux équations fondamentales concernant les principales techniques de mesure. Il importe de distinguer deux grandes classes d’instruments, les viscosimètres et les rhéomètres, ces derniers permettant une caractérisation complète du fluide en écoulement. La seconde partie est consacrée à la description de quelques appareils commerciaux.