Viscosimètre à chute de bille

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Un viscosimètre à chute de bille.

Le viscosimètre à chute de bille est un viscosimètre permettant de déterminer la viscosité cinématique des liquides selon la loi de Stokes. Ce viscosimètre est utilisé pour les fluides newtoniens et transparents.

Viscosimètre[modifier | modifier le code]

Le viscosimètre est constitué d’un tube intérieur, de billes de différentes dimensions et d’une cuve extérieure :

  • le tube intérieur transparent généralement en verre sert à contenir le fluide à étudier et une bille. Le diamètre du tube est suffisamment large pour pouvoir négliger les effets de ses parois sur la chute de la bille[1] ;
  • les billes sont calibrées sphériques pleines ou creuses généralement en acier et plus rarement en verre ou en ferronickel[2]. Elles ont une masse volumique et un diamètre connus ;
  • la cuve extérieure est cylindrique et transparente. Elle sert à réguler la température du liquide à étudier.

Mode opératoire[modifier | modifier le code]

La bille est abandonnée sans vitesse initiale dans le tube vertical. La bille se déplace alors sous l’action de la pesanteur[3].

Pour mesurer la viscosité, on chronomètre le temps mis par la bille pour passer d’un premier repère vers un second et on y déduit sa vitesse de chute[4].

Calcul de la viscosité[modifier | modifier le code]

On déduit la viscosité du liquide de la vitesse terminale de chute de la bille à travers le liquide, grâce à la loi de Stokes :

avec :

, vitesse limite de chute (en m/s) ;
, rayon de la sphère (en m) ;
, accélération de la pesanteur (en m/s2) ;
, différence de masse volumique entre la sphère et le fluide (en kg/m3) ;
, viscosité dynamique du fluide (en Pa⋅s).

Sachant que :

avec :

, hauteur de chute (en m) ;
, temps de chute (en s) ;

la viscosité devient :

Propriétés[modifier | modifier le code]

Du point de vue mise en œuvre cette technique est simple et rapide mais sa précision est limitée.

Variante[modifier | modifier le code]

Il est possible de faire varier la vitesse de chute de la bille en inclinant le tube[5]. On parle alors de viscosimètre à bille roulante[6] ou viscosimètre à bille d'Höppler[7].

Références[modifier | modifier le code]

  1. Régis Joulié, Mécanique des fluides appliquée, ellipse, 1998
  2. Guy Couarraze, Jean-Louis Grossiord, Initiation à la rhéologie, TEC & DOC (EDITIONS), 3ème édition, 2000
  3. Gérard Dallemagne, Fluides hydrauliques Méthodes d’analyse, Techniques de l’Ingénieur, 2003
  4. Pascal Bigot, Richard Mauduit, Eric Wenner, Mécanique des fluides en 20 fiches, Dunod, 2011
  5. NF EN ISO 12058-1 Décembre 2004, Plastiques - Détermination de la viscosité au moyen d'un viscosimètre à chute de bille - Partie 1 : méthode du tube incliné
  6. Dominique Dupuis, Mesure de la viscosité - Viscosimètres et rhéomètres, Techniques de l'ingénieur, 2008
  7. DIN 53015 Février 2001, Viscosimétrie - Mesure de la viscosité à l'aide du viscosimètre à bille d'Höppler