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Mesures locales de la vitesse d’un fluide

Article de référence | Réf : R2350 v4

Mesure de la viscosité - Principes généraux

Auteur(s) : Dominique DUPUIS, Alain PONTON

Date de publication : 10 janv. 2021

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Mesure de la viscosité - Viscosimètres et rhéomètres

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NOTE DE L'ÉDITEUR

Cet article est la version actualisée de l’article R2350 intitulé « Mesure de la viscosité - Principes généraux » rédigé par Dominique DUPUIS et paru en 2008.

23/12/2020

RÉSUMÉ

La viscosité est une grandeur physique exprimant la résistance d’un fluide à s’écouler. Sa connaissance est capitale dans de nombreux domaines d’application. Cependant, si sa détermination est relativement aisée dans le cas de liquides simples micromoléculaires, elle s’avère plus délicate pour des fluides complexes. Cet article s’inscrira donc dans le cadre plus général de la rhéologie et présentera les différentes grandeurs viscosimétriques susceptibles de caractériser l’écoulement d’un fluide. Les aspects microscopiques seront développés plus particulièrement dans le cas des suspensions de particules solides et des solutions de macromolécules.

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ABSTRACT

Viscosity measurement - General principles

Viscosity refers to the capability of a fluid to flow. In numerous domains, viscosity is an important and necessary characteristic, such as in fluid metrology, painting and the agrifood sector. This article starts by mentioning the fundamental definitions of viscosity in order to present this phenomenon within its context. In the case of macroscopic quantitative aspects, the behavior of rheological behaviors and models, the different types of elementary flows as well as the viscometric quantities measured are studied. Concerning quantitative microscopic aspects, the viscosity of micromolecular liquids, suspensions and polymer solutions is analyzed.

Auteur(s)

Dominique DUPUIS : Professeur émérite des Universités, université de Haute-Alsace, laboratoire de Physique et Mécanique textiles UR 4365, Mulhouse, France
Alain PONTON : Directeur de recherche CNRS, laboratoire Matière et Systèmes complexes, UMR 7057, Université de Paris et CNRS, France

INTRODUCTION

La viscosité caractérise l’aptitude d’un fluide à s’écouler. Qu’est ce qu’un fluide ? Les liquides et les gaz sont des fluides. Classiquement et, par opposition à un solide, un liquide occupe la forme du récipient qui le contient. Mais, dès lors que l’on étudie des matériaux plus complexes c’est-à-dire structurés à différentes échelles (microscopique, mésoscopique et macroscopique), la frontière entre fluide et solide n’est pas toujours aussi claire. Par exemple, le sable est constitué de particules solides mais il coule. On peut admettre qu’un fluide est un corps susceptible de se déformer indéfiniment dès lors que la résultante des forces appliquées n’est pas nulle. Cette définition est très générale et ce sont les liquides et pâtes fluides qui sont particulièrement envisagés dans le présent article.

La connaissance de la viscosité d’un fluide est fondamentale dans de nombreux domaines : transport de fluides, procédés tels que l’enduction, l’impression ou le filage, application de peintures, secteurs de l’agroalimentaire, des cosmétiques, du biomédical, du génie civil, mise en forme du béton, forages pétroliers… Si la mesure de la viscosité sur échantillons peut servir au contrôle de fabrication, la mesure continue permet d’en surveiller et de réguler le processus.

Toutefois, il importe, dès à présent, de mettre en garde le lecteur : une mesure ponctuelle de la viscosité est généralement insuffisante pour décrire à elle seule les propriétés d’un fluide en écoulement ; dans ce qui suit, d’autres grandeurs rhéologiques seront définies.

Le lecteur se reportera utilement, pour les concepts fondamentaux, aux articles « Mécanique des fluides » [A 1 870] et « Fluides non newtoniens » [A 710].

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MOTS-CLÉS

rhéologie | Viscosité | Viscoélasticité | thixotropie

KEYWORDS

rheology | viscosity | viscoelasticity | thixotropy

VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version archivée 1 de oct. 1982 par Claude WOLFF
Version archivée 2 de oct. 1994 par Claude WOLFF, Dominique DUPUIS
Version archivée 3 de mars 2008 par Dominique DUPUIS

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - EL KISSI (N.), NIGEN (S.), PIGNON (F.) - Glissement et rhéométrie. - In La mesure en rhéologie ; des avancées récentes aux perspectives, coordination éditoriale par Alain Ponton et Jean-Louis Grossiord EDP Sciences, Collection : Science des matériaux (novembre 2013).
(2) - COUSSOT (P.), GROSSIORD (J.-L.) - Comprendre la rhéologie : de la circulation du sang à la prise du béton. - EDP Sciences, 221 p. (2001).
(3) - GUYON (E.), HULIN (J.P.), PETIT (L.) - Hydrodynamique physique. - EDP Sciences/CNRS Éditions, 674 p. (2001).
(4) - OSTWALD (P.) - Rhéophysique : ou comment coule la matière. - Belin, 603 p. (2005).
(5) - BARNES (H.A.), HUTTON (J.F.), WALTERS (K.) - An introduction to rheology. - Elsevier, 199 p. (1989).

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Groupe Français de Rhéologie :

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Annual European Rheology Conference (AERC), organisée tous les ans sauf l’année du congrès international :

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - DÉFINITIONS FONDAMENTALES

1.1 - Définition newtonienne de la viscosité de cisaillement
1.2 - Unités
1.3 - Viscosité en tant que phénomène de transport
1.4 - Viscosité en tant que phénomène dissipatif
1.5 - Principaux paramètres dont dépend la viscosité des liquides et des pâtes

2 - ASPECTS QUANTITATIFS MACROSCOPIQUES

2.1 - Comportements rhéologiques
2.2 - Modèles rhéologiques
2.3 - Différents types d’écoulements élémentaires
2.4 - Grandeurs viscosimétriques mesurées

3 - ASPECTS QUANTITATIFS MICROSCOPIQUES

3.1 - Viscosité des liquides micromoléculaires et mélanges de liquides micromoléculaires miscibles
3.2 - Viscosité des suspensions

$Viscosité en fonction de la fraction volumique d’après le modèle de Krieger-Dougherty$
3.3 - Viscosité des solutions de polymères

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

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