Viscosité

La viscosité peut être définie comme la résistance à l'écoulement uniforme et sans turbulence ayant lieu dans la masse d'une matière.


Catégories :

Mécanique des fluides - Rhéologie - Grandeur physique - Métrologie

Définitions :

  • On peut distinguer la viscosité dynamique et la viscosité cinématique. La viscosité dynamique exprime la proportionnalité entre la force qu'il faut exercer sur une plaque quand elle est plongée dans un courant et la variation de vitesse des veines de fluide entre les 2 faces de la plaque.... (source : pagesperso-orange)
  • Mesure de la résistance qu'oppose un fluide à l'écoulement. Elle représente généralement la mesure du temps indispensable pour qu'un volume défini d'huile s'écoule par un orifice normalisé à une température donnée. Plus la valeur est élevée, plus le fluide est visqueux.... (source : lubricants.petro-canada)
  • Mesure de la résistance d'un fluide à l'écoulement. Dans le dispositif métrique, la viscosité absolue s'exprime en poises.... (source : texacoursa)

La viscosité (du latin viscum, gui) peut être définie comme la résistance à l'écoulement uniforme et sans turbulence ayant lieu dans la masse d'une matière. La viscosité dynamique correspond à la contrainte de cisaillement qui accompagne l'existence d'un gradient de vitesse d'écoulement dans la matière.

Quand la viscosité augmente, la capacité du fluide à s'écouler diminue. Pour un liquide (au contraire d'un gaz), la viscosité tend le plus souvent à diminuer quand la température augmente. On pourrait croire que la viscosité d'un fluide s'accroît avec sa densité mais ce n'est pas obligatoirement le cas : l'huile est moins dense que l'eau (huile de colza : 0, 92 à 20°C, contre 1 pour l'eau) cependant elle est nettement plus visqueuse.

On classe surtout les huiles mécaniques selon leur viscosité, suivant les besoins de lubrification du moteur et des températures auxquelles l'huile sera soumise lors du fonctionnement du moteur[1].

Grandeurs physiques

Plusieurs grandeurs physiques sont reliées à la viscosité. La viscosité est en fait une quantité tensorielle mais il est envisageable, occasionnellement, de l'exprimer sous la forme d'une grandeur scalaire.

Viscosité de cisaillement

La viscosité de cisaillement peut être vu comme la résistance à l'écoulement des différentes couches de fluides les unes sur les autres.

La viscosité dynamique

Force de viscosité agissant dans un fluide

La viscosité dynamique μ (ou encore η) se mesure en pascal-seconde (Pa. s) [2], cette unité ayant remplacé le poiseuille (Pl) qui a la même valeur.

On trouve toujours quelquefois l'ancienne unité du système CGS, la poise (Po)  : 1 Pa·s = 10 Po[3].

La viscosité de l'eau à 20°C est de 1 cPo (centipoise) soit 10⁻³ Pa·s

Une façon de définir la viscosité dynamique est de considérer deux couches d'un fluide notées abcd et a'b'c'd', la couche abcd étant animée d'une vitesse relative à a'b'c'd'notée dv et dirigée suivant x. Sous l'effet de la viscosité, une force F s'exerce sur la couche a'b'c'd'. La viscosité dynamique μ est définie par la relation entre la norme de cette force et la vitesse relative dv

F = \mu \, S \, \frac{\mathrm dv}{\mathrm dz},

S étant la surface de chaque couche, et dz l'épaisseur de fluide séparant les deux couches.

La viscosité cinématique

Article détaillé : viscosité cinématique.

La viscosité cinématique ν (nu) s'obtient en divisant la viscosité dynamique par la masse volumique ρ soit

{\nu}=\frac{\mu}{\rho} .

Elle s'exprime en m²/s[2]. Dans le dispositif CGS la viscosité cinématique était exprimée en stokes (St) ou en centistokes (cSt) [3].

La conversion est immédiate, puisque 1 St = 1 cm²/s = 10-4 m²/s et 1 cSt = 1 mm²/s = 10-6 m²/s[3].

La fluidité

La fluidité est l'inverse de la viscosité dynamique.


Viscosité élongationnelle

Article détaillé : viscosité élongationnelle.

Évolution suivant la température

La viscosité d'un fluide fluctue selon sa température ou des actions mécaniques auxquelles il est soumis. Voir par exemple à ce propos le phénomène de thixotropie. Pour déterminer l'importance de la température sur la viscosité d'un fluide on utilise un indice de viscosité. Plus cet indice est grand, moins la température a d'influence sur la viscosité du fluide.

Concernant un gaz, il est courant d'utiliser la loi de Sutherland définie de la façon suivante :

\frac{\mu(T)}{\mu_0} \approx \left( \frac T{T_0} \right)ˆ{3/2}\frac{T_0+S}{T+S}

μ0 = μ (T0) est la viscosité à la température T0, S est la température de Sutherland. Pour l'air par exemple on prend généralement les valeurs suivantes μ0 = 1, 711·10-5 Pa. s, T0 = 273, 15 K et S = 110, 4 K, ce qui donne une bonne approximation sur une plage de température de l'ordre de 170 K à 1900 K à peu près.

Quelques valeurs

viscosité dynamique
corps température (°C) viscosité (Pa s)
Fluide idéalement défini
hydrogène 0 8, 4 × 10-6
50 9, 3 × 10-6
100 10, 3 × 10-6
air 0 17, 1 × 10-6
50 19, 4 × 10-6
100 22, 0 × 10-6
xénon 0 21, 2 × 10-6
eau 0 1, 793 × 10-3
20 1, 002 × 10-3
50 0, 5470 × 10-3
100 0, 2818 × 10-3
glace -13 15 × 1012
mercure 20 1, 526 × 10-3
acétone 0, 326 × 10-3
éthanol 1, 20 × 10-3
méthanol 0, 59 × 10-3
benzène 0, 64 × 10-3
nitrobenzène 2, 0 × 10-3
glycérine 1, 49
Fluide de la vie courante
bitume 20 108
mélasse 20 102
miel 20 101
huile de ricin 20 3, 4
huile d'olive 20 de 8, 1 à 10 × 10-1
café crème 20 10 × 10-3
sang 37 de 4 à 25 × 10-3
jus de raisin 20 de 2 à 5 × 10-3
pétrole 20 0, 65 × 10-3
Viscosité de corps à la pression atmosphérique
viscosité cinématique
corps température (°C) viscosité (cSt)
Huile 40 20 à 60[4]

Voir aussi

Liens externes

Références

  1. Le grand dictionnaire terminologique Viscosité
  2. Le dispositif SI d'unités de mesure, IV - Unités mécaniques, Ministère de l'Économie, de l'Industrie et de l'Emploi
  3. Journal Officiel de la Republique Française, édition de 28 Février 1982, Ministère de l'Économie, de l'Industrie et de l'Emploi
  4. Valeurs sur Eco Huile

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