Viscosité

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La substance du dessus a une viscosité moindre que celle du dessous.

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].

Grandeurs physiques[modifier | modifier le code]

Plusieurs grandeurs physiques sont liées 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.

Viscosité de cisaillement[modifier | modifier le code]

La viscosité de cisaillement peut être vue comme la résistance à l'écoulement des différentes couches d'un fluide les unes sur les autres.

Viscosité dynamique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : viscosité dynamique.
Force de viscosité agissant dans un fluide

La viscosité dynamique \eta [2] (ou encore \mu) se mesure[3] en pascal.seconde (Pa.s), cette unité ayant remplacé le poiseuille (Pl) qui a la même valeur : 1 Pa.s = 1 Pl.

On trouve encore parfois l'ancienne unité[4] du système CGS, la poise (Po) : 1 Pa.s = 10 Po.

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 \mathrm dv et dirigée suivant x. Sous l'effet de la viscosité, une force F s'exerce sur la couche a’b’c’d’ séparée de dz. La viscosité dynamique \eta (le symbole \mu est également utilisé) intervient dans la relation entre la norme de cette force F et le taux de cisaillement \frac{\mathrm dv}{\mathrm dz}, S étant la surface de chaque couche.

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

Viscosité cinématique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : viscosité cinématique.

La viscosité cinématique \nu (nu) s'obtient en divisant la viscosité dynamique par la masse volumique \rho soit :

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

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

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

Fluidité[modifier | modifier le code]

La fluidité est l'inverse de la viscosité dynamique.

Viscosité élongationnelle[modifier | modifier le code]

Article détaillé : viscosité élongationnelle.

Évolution suivant la température[modifier | modifier le code]

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 l'effet 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{\eta(T)}{\eta_0} \approx \left( \frac T{T_0} \right)^{3/2}\frac{T_0+S}{T+S},

où :

\eta_0 = \eta(T_0) est la viscosité à la température T_0 ;
S est la température de Sutherland.

Pour l'air par exemple on prend habituellement les valeurs suivantes : \eta_0 = 1,715⋅10-5 Pa.s, T_0 = 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.

Quelques valeurs[modifier | modifier le code]

Viscosité dynamique
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 1,71 × 10-5
50 1,94 × 10-5
100 2,20 × 10-5
xénon 0 2,12 × 10-5
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 0,95
huile d'olive 20 de 0,081 à 0,1
café crème 20 10-2
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
Viscosité cinématique
Corps Température (°C) Viscosité (cSt)
huile 40 20 à 60

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Le grand dictionnaire terminologique, Viscosité
  2. (en) « dynamic viscosity », IUPAC, Compendium of Chemical Terminology (« Gold Book »), 2e éd. (1997). Version corrigée en ligne:  (2006-).
  3. a et b Le système SI d'unités de mesure, IV - Unités mécaniques, Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie
  4. Textes officiels, éd. du 28 février 1982, Direction générale de la compétitivité, de l'industrie et des services