Article

1 - MÉTHODES DE MESURE

2 - DESCRIPTION DE QUELQUES APPAREILS COMMERCIAUX

3 - CONCLUSION

4 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : R2351 v2

Mesure de la viscosité - Viscosimètres et rhéomètres

Auteur(s) : Dominique DUPUIS, Alain PONTON

Date de publication : 10 juil. 2021

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RÉSUMÉ

Pour choisir la méthode la plus appropriée à une mesure de rhéologie, il est nécessaire de définir tout d’abord les grandeurs à déterminer - viscosité de cisaillement ou viscosité élongationnelle, caractérisation de la viscoélasticité ou de la thixotropie - tout en tenant compte de la nécessité ou non d’une mesure normalisée, de la finalité de la mesure - caractérisation d’un polymère, contrôle de procédé en ligne… - et de son exactitude. Selon le cas, un simple viscosimètre pourra suffire, sinon il faudra utiliser un rhéomètre qui permet une caractérisation rhéologique complète du fluide. Les techniques de mesures associées aux différentes grandeurs que l’on cherche à atteindre puis la description de quelques appareils commerciaux seront présentées.

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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

Le choix de la méthode de mesure dépend d’abord des grandeurs que l’utilisateur veut déterminer. Celui-ci peut par exemple souhaiter :

  • obtenir une mesure ponctuelle de la viscosité de cisaillement ;

  • obtenir la viscosité de cisaillement sur une large plage de vitesses de déformation ;

  • obtenir une mesure de la viscosité élongationnelle ;

  • caractériser la thixotropie ;

  • caractériser la viscoélasticité…

Toutes ces grandeurs et propriétés sont définies dans l’article « Mesure de la viscosité. Principes généraux » [R 2 350].

L’utilisateur doit ensuite définir la nature de la mesure : absolue ou relative. Actuellement, il n’existe de normes précises de mesures absolues que pour la viscosité de cisaillement. C’est également dans ce seul domaine qu’il existe des liquides de référence permettant des mesures relatives avec des étalons normalisés.

Les autres paramètres de choix sont les suivants :

  • nécessité d’une mesure normalisée : l’appareil de mesure et son mode de fonctionnement sont alors très souvent imposés ; la méthode recommandée a parfois un caractère empirique, pouvant entraîner des erreurs d’appréciation considérables avec des fluides non newtoniens ;

  • coût d’investissement : en règle générale, l’investissement dans la seule mesure de viscosité de cisaillement simple est sensiblement inférieur à celui des autres propriétés (élasticité ou viscosité élongationnelle) ;

  • coût de fonctionnement : là aussi, la mesure de la viscosité de cisaillement nécessite moins de temps et un personnel moins qualifié que celle des autres propriétés ;

  • domaine de gradient de vitesse (ou de contrainte de cisaillement) dans lequel la mesure doit être effectuée : en général, les mesures aux très faibles contraintes ne peuvent être effectuées qu’avec des appareils rotatifs ;

  • exactitude requise : il s’agit là d’un paramètre qu’il n’est pas facile de saisir objectivement. En effet, les mesures doivent souvent, comme on le verra dans les paragraphes suivants, être corrigées de diverses manières. La valeur de ces corrections et erreurs dues au fluide peut être plus importante que celle intrinsèque à l’instrument. En ce qui concerne cette dernière, ce sont les appareils du type capillaire qui ont les meilleures incertitudes.

La première partie de cet article est consacrée aux principes de base et aux équations fondamentales concernant les principales techniques de mesure. Il importe de distinguer deux grandes classes d’instruments, les viscosimètres et les rhéomètres, ces derniers permettant une caractérisation complète du fluide en écoulement. La seconde partie est consacrée à la description de quelques appareils commerciaux.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-r2351


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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) - HARDY (R.C.) -   Viscometer Calibrating Liquids and Capillary Tube Viscometer.  -  NBS Monograph, 55 (1962).

  • (3) - BAGLEY (E.B.) -   End corrections in the capillary flow of polyethylene.  -  J. Appl. Phys., 28, p. 624-627 (1957).

  • (4) - COUARRAZE (G.), GROSSIORD (J.-L.), HUANG (N.) -   Initiation à la rhéologie : Bases théoriques et applications expérimentales.  -  Lavoisier Tec & Doc, 4e édition, 309 p. (2014).

  • (5) - VISWANATH (D.S.), GHOSH (T.), PRASAD (D.H.L.), DUTT (N.V.K.), RANI (K.Y.) -   Viscosity of Liquids: Theory, Estimation, Experiment, and Data.  -  Springer (2007).

  • ...

NORMES

  • Méthode d’essai standard pour la viscosité cinématique des liquides transparents et opaques (et calcul de la viscosité dynamique). ASTM - ASTM D445 - 2019

  • Méthode d’essai standard pour les débits de fusion des thermoplastiques par plastomètre d’extrusion - ASTM D1238 - 2020

  • Viscométrie – Mesure de la viscosité à l’aide du viscosimètre à bille tombante Hoeppler. - DIN 53015 - 2021

  • Produits pétroliers – Liquides opaques et transparents – Détermination de la viscosité cinématique et calcul de la viscosité dynamique. ISO - ISO 3104 - 2020

  • Plastiques – Détermination de l’indice de fluidité à chaud des thermoplastiques, en masse (MFR) et en volume (MVR) – Partie 1 : méthode normale. AFNOR - NF EN ISO 1133-1 - 2012

  • Plastiques – Détermination de la viscosité au moyen d’un viscosimètre à chute de bille – Partie 1 : Méthode du tube incliné. AFNOR - NF EN ISO 12058-1 - 2018

1 Événements

Congrès annuel du Groupe français de rhéologie : http://www.legfr.fr

Annual European Rheology Conference (AERC), organisée tous les ans sauf l’année du congrès international : http://www.rheology-esr.org

International Conference of rheology, organisée tous les quatre ans : http://www.rheology.org

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

La liste est donnée à titre indicatif étant donné les évolutions rapides du secteur.

Adamel Lhomargy (TMI Group) : http://www.testingmachines.com

Agilent Technologies : https://www.agilent.com/

Analis : http://www.analis.be

Anton Paar : http://www.anton-paar.com

Brabender : http://www.brabender.com

Brookfield Ametek : http://www.brookfieldengineering.com/

BTG : http://www.btg.com

Cambridge Viscosity : http://www.cambridgeviscosity.com

Cannon Instruments Company : http://www.cannoninstrument.com

CEAST :...

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