Rhéologie

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La rhéologie (du grec rheo, couler et logos, étude) est l'étude de la déformation et de l'écoulement de la matière sous l'effet d'une contrainte appliquée.

Le mot rheology (en anglais) a été introduit en 1928 par Eugene Bingham, professeur à l'université Lehigh aux États-Unis, sur une suggestion de son collègue Markus Reiner. Le mot est emprunté à la fameuse expression d'Héraclite d'Éphèse Ta Panta Rei, « Tout s'écoule ». Le mot a été francisé en « rhéologie » en 1943[1].

Une espèce animale ou végétale « rhéophile » est une espèce aquatique qui vit dans le courant (mer, eau douce, torrents, estuaires).

Domaine d'étude[modifier | modifier le code]

Dans la pratique, la rhéologie est une extension des disciplines telles que l'élasticité et la mécanique des fluides newtoniens, aux matériaux dont le comportement mécanique ne peut être décrit par ces théories classiques. Elle permet également de déterminer les propriétés mécaniques macroscopiques à partir d'une étude basée sur la structure micro ou nanoscopique du matériau, par exemple la taille moléculaire et l'architecture d'un polymère en solution ou encore la distribution de taille de particules dans une suspension solide.

Mécanique des milieux continus Mécanique du solide ou Résistance des matériaux Élasticité
Plasticité Rhéologie
Mécanique des fluides Fluides non-newtoniens
Fluides newtoniens

La rhéologie unit des champs d'application apparemment sans rapport, les matériaux plastiques et les fluides non newtoniens, en supposant que les deux types de matériaux sont incapables de supporter une contrainte de cisaillement en équilibre statique, ce qui fait du solide plastique un fluide.

La rhéologie granulaire s'occupe de la description des matériaux granulaires.

Exemples de matériaux concernés[modifier | modifier le code]

Distinction entre élasticité, viscosité, caractères solide et liquide, plasticité[modifier | modifier le code]

On a l'habitude d'associer liquide et visqueux (une huile épaisse est un liquide visqueux) ainsi que solide et élastique (un ressort est un solide élastique). Or, lorsqu'on essaie de déformer un matériau, certaines de ces propriétés se manifestent aux temps courts, d'autres aux temps longs.

Les caractères liquide et solide sont ainsi des propriétés aux temps longs :

  • si le matériau, après s'être déformé, résiste finalement, c'est un solide ;
  • si au contraire le matériau finit par s'écouler, c'est un liquide.

Au contraire, les caractères élastique et visqueux (ou les comportements intermédiaires, viscoélastiques) se manifestent aux temps courts :

  • si la déformation du matériau suit la force ou les contraintes appliquées, alors le matériau est élastique ;
  • si c'est la dérivée de la déformation par rapport au temps (taux de déformation) qui suit la force ou les contraintes, alors le matériau est visqueux.

Les caractères liquide et solide d'une part, visqueux et élastique d'autre part, sont décelables pour de faibles contraintes appliquées. Si l'on applique une forte contrainte, un matériau qui semblait solide peut se mettre à s'écouler. Il révèle alors un caractère plastique. La plasticité est donc caractérisée par un seuil de contrainte (appelé seuil de plasticité) au-delà duquel le matériau s'écoule.

L'usage veut que l'on parle de solide plastique lorsque le seuil de plasticité est plutôt élevé, et de fluide à seuil lorsque le seuil de plasticité est plutôt bas. Il n'y a cependant pas de différence fondamentale entre ces deux notions.

Références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Parmi les revues scientifiques qui traitent de rhéologie :