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Article

1 - MÉTHODES DE MESURE

2 - DESCRIPTION DE QUELQUES APPAREILS COMMERCIAUX

3 - CONCLUSION

4 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : R2351 v2

Conclusion
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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ABSTRACT

Viscosity Measurement - Viscosimeters and rheometers

In order to choose the most appropriate method for a rheology measurement, it is first necessary to define the quantities to be determined such as shear viscosity or extensional viscosity or to characterize the viscoelasticity or thixotropy while taking into account the need or not for a standardized measurement, the objectives of the measurement  - characterization of a polymer, on-line process control... - and its accuracy. Depending on the case, a simple viscosimeter may be sufficient, otherwise a rheometer will have to be used for a complete rheological characterization of the fluid. The measurement techniques associated with the different quantities that we are trying to determine and then the description of some commercial devices will be presented in the first and second part respectively.

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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KEYWORDS

viscoelasticity   |   shear viscosity   |   elongational viscosity

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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3. Conclusion

Cet article présente différentes techniques de mesure de la viscosité. Le terme « viscosité » recouvre des réalités qui vont bien au-delà du simple coefficient de viscosité découlant de la loi de Newton. C’est ainsi que les notions de viscosité de cisaillement, viscosité élongationnelle, viscosité complexe ont été définies dans l’article précédent [R 2 350]. En outre, la caractérisation du comportement d’un matériau liquide ou pâteux en écoulement ne se limite pas à la seule connaissance d’un coefficient de viscosité puisqu’elle dépend aussi – entre autres – de l’élasticité du matériau.

La mesure d’une viscosité impose et cela découle de la définition même de cette grandeur de se placer dans des conditions d’écoulement telles qu’il soit possible d’établir une relation entre une contrainte et une vitesse de déformation. Différentes géométries de mesures peuvent être utilisées dans ce but. Les rhéomètres actuels les plus performants offrent la possibilité de réaliser très une grande variété d’essais. On peut alors obtenir avec facilité un nombre important de données et il convient de toujours s’interroger sur leur pertinence.

La mesure de la viscosité d’un liquide simple, newtonien, ne nécessite pas la mise en œuvre de techniques sophistiquées. À l’opposé, avec des fluides complexes, il n’est pas toujours possible de se placer dans les conditions idéales d’écoulement (entrefer étroit par exemple). Les méthodes empiriques ont alors toute leur place, permettant des comparaisons par rapport à une référence ...

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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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