Viscosité

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.

Plusieurs grandeurs physiques sont reliées 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

La viscosité de cisaillement peut être vu comme la résistance à l'écoulement des différentes couches de fluides les unes sur les autres.

La viscosité dynamique

La viscosité dynamique μ (ou encore η) se mesure en pascal-seconde (Pa.s), cette unité ayant remplacé le poiseuille (Pl) qui a la même valeur. On trouve encore parfois l'ancienne unité 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 10⁻³ Pa·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 dv et dirigée suivant x. Sous l'effet de la viscosité, une force F s'exerce sur la couche a’b’c’d’. La viscosité dynamique μ est définie par la relation entre la norme de cette force et la vitesse relative dv

$F=\mu S\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}z}$,

S étant la surface de chaque couche, et dz l'épaisseur de fluide séparant les deux couches.

La viscosité cinématique

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

$\nu =\frac{\mu }{\rho }$.

Elle s'exprime en m²/s. 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 m²/s et 1 cSt = 1 mm²/s = 10 m²/s.

La fluidité

La fluidité est l'inverse de la viscosité dynamique.

Viscosité élongationnelle

La viscosité d'un fluide varie en fonction de sa température ou des actions mécaniques auxquelles il est soumis. Voir par exemple à ce propos le phénomène de thixotropie. Pour déterminer l'importance 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 :

μ₀ = μ(T₀) est la viscosité à la température T₀, S est la température de Sutherland. Pour l'air par exemple on prend habituellement les valeurs suivantes μ₀ = 1,711⋅10 Pl, T₀ = 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 1900 K environ.