Viscosité
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La viscosité (du latin viscum, gui) peut être définie comme la résistance à l'écoulement uniforme et sans turbulence se produisant 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.
Lorsque la viscosité augmente, la capacité du fluide à s'écouler diminue. Pour un liquide (au contraire d'un gaz), la viscosité tend généralement à diminuer lorsque la température augmente. On pourrait croire que la viscosité d'un fluide s'accroît avec sa densité mais ce n'est pas nécessairement 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 notamment les huiles mécaniques selon leur viscosité, en fonction des besoins de lubrification du moteur et des températures auxquelles l'huile sera soumise lors du fonctionnement du moteur[1].
Sommaire |
[modifier] Grandeurs physiques
Plusieurs grandeurs physiques sont reliées à la viscosité. La viscosité est en fait une quantité tensorielle mais il est possible, dans certains cas, de l'exprimer sous la forme d'une grandeur scalaire.
[modifier] Viscosité de cisaillement
La viscosité de cisaillement peut être vue comme la résistance à l'écoulement des différentes couches d'un fluide les unes sur les autres.
[modifier] Viscosité dynamique
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 encore parfois 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 1 mPa·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’ séparé de dz. La viscosité dynamique μ (le symbole η est également utilisé) intervient dans la relation entre la norme de cette force F et le taux de cisaillement 
, S étant la surface de chaque couche.
[modifier] Viscosité cinématique
La viscosité cinématique ν (nu) s'obtient en divisant la viscosité dynamique par la masse volumique ρ soit :
.Elle s'exprime en m2/s[2]. Dans le système 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].
[modifier] Fluidité
La fluidité est l'inverse de la viscosité dynamique.
[modifier] Viscosité élongationnelle
[modifier] Évolution suivant la température
La viscosité d'un fluide varie en fonction de sa température et 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 :
,où :
- μ0 = μ(T0) est la viscosité à la température T0 ;
- S est la température de Sutherland.
Pour l'air par exemple on prend habituellement 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 1 900 K environ.
[modifier] Quelques valeurs
| Corps | Température (°C) | Viscosité (Pa.s) |
|---|---|---|
| Fluide parfaitement 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 0,81 à 1 |
| café crème | 20 | 10 × 10-3 |
| sang | 37 | de 4 à 25 (généralement 6)× 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 | ||
| Corps | Température (°C) | Viscosité (cSt) |
|---|---|---|
| huile | 40 | 20 à 60 |
[modifier] Voir aussi
[modifier] Articles connexes
- Viscosimètre
- Piézoviscosité
- Rhéologie
- Viscoélasticité
- Viscosité des solutions polymères
- Expérience de la goutte de poix
[modifier] Liens externes
[modifier] Références
- Le grand dictionnaire terminologique Viscosité
- Le système SI d'unités de mesure, IV - Unités mécaniques, Ministère de l’Économie, de l’Industrie et de l’Emploi
- [PDF] Journal Officiel de la Republique Française, édition de 28 Février 1982, Ministère de l’Économie, de l’Industrie et de l’Emploi
