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Viscosité

propriété physique d'un fluide
La substance du dessus a une viscosité moindre que celle du dessous.

La viscosité (du latin viscum, gui, glu) peut être définie comme l'ensemble des phénomènes de résistance à l'écoulement se produisant dans la masse d'une matière, pour un écoulement uniforme et sans turbulence. Plus la viscosité augmente, et plus la capacité du fluide à s'écouler facilement diminue, plus l'énergie dissipée par l'écoulement sera importante.

Plusieurs grandeurs physiques caractérisent la viscosité : la viscosité dynamique (celle utilisée le plus généralement), la viscosité cinématique, la seconde viscosité et la viscosité de volume.

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

Différentes grandeurs physiquesModifier

PrésentationModifier

La viscosité (de cisaillement) peut être vue comme la résistance à l'écoulement des différentes couches d'un fluide les unes sur les autres. Plusieurs grandeurs physiques caractérisent 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 dynamiqueModifier

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

La viscosité dynamique peut être définie en considérant 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   et dirigée suivant  . Une force de frottement   s'exerce sur la couche a’b’c’d’ séparée de dz. La viscosité dynamique   (le symbole   est également utilisé) intervient dans la relation entre la norme de cette force   et le taux de cisaillement  ,   étant la surface de chaque couche.

 

La dimension physique de la viscosité dynamique est :

 .

Dans le Système international d'unités (SI), la viscosité dynamique  [2] (ou encore  ) se mesure donc en pascals secondes[3] (Pa·s), cette dénomination ayant remplacé le poiseuille (Pl), de 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.

FluiditéModifier

La fluidité est l'inverse de la viscosité dynamique.

Viscosité cinématiqueModifier

Article détaillé : Viscosité cinématique.

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

 .

Elle s'exprime en mètre carré par seconde (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.

Seconde viscositéModifier

La seconde viscosité est le second paramètre scalaire qui caractérise complètement un fluide newtonien.

Elle est souvent omise dans la littérature, faute de caractérisation pour la plupart des fluides usuels, dans leur approximation newtonienne.

Viscosité de volumeModifier

La viscosité de volume est une fonction linéaire des viscosités principale et seconde viscosité.

3K= 3λ + 2µ

Viscosité élongationnelleModifier

Article détaillé : Viscosité élongationnelle.

La viscosité élongationnelle est la viscosité apparaissant lorsqu’une contrainte élongationnelle est appliquée au fluide.

Évolution suivant la températureModifier

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 ce dernier 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 :

  est la viscosité à la température   ;
  est la température de Sutherland.

Pour l'air par exemple, on prend habituellement les valeurs suivantes :   = 1,715×10-5 Pa·s,   = 273,15 K et   = 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 valeursModifier

Viscosité dynamique
Corps Température (°C) Viscosité (Pa·s)
Fluide parfaitement défini
dihydrogène 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
dioxygène 0 1,9143 × 10−5
diazote 0 1,6629 × 10−5
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 de 20 à 60

Voir aussiModifier

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Articles connexesModifier

Liens externesModifier

BibliographieModifier

RéférencesModifier