Masse volumique

La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume.

Elle est généralement notée par les lettres grecques ρ rho ou µ mu. On utilise ces deux notations en fonction des habitudes du domaine de travail. Toutefois le BIPM (Bureau international des Poids et Mesures) recommande d'utiliser la notation ρ.

Elle est déterminée par le rapport ρ = m / V, où m est la masse de la substance homogène occupant un volume V.

La masse volumique est le synonyme moderne des expressions désuètes « densité absolue » et « densité propre », ou encore « masse spécifique ».

L'unité de mesure de la masse volumique dans le système international est le kilogramme par mètre cube (kg·m ou kg/m), mais on utilise couramment le g/cm, le kg/ℓ ou la t/m (ces trois dernières unités donnant exactement le même nombre : proche de 1 dans le cas de l'eau par exemple)... ou toute autre unité exprimée par le rapport d'une unité de masse et d'une unité de volume.

Dans le système CGS, elle s'exprime en g/cm. Cette unité a l'avantage de donner des valeurs numériques de l'ordre de l'unité pour les solides dans des conditions raisonnables de température et de pression.

Remarques

1. La valeur numérique est la même dans plusieurs unités car 1 g/cm = 1 kg/dm = 1 kg/ℓ = 1 t/m.
2. La masse volumique de l'eau est très proche de 1 kg/ℓ. Ce n'est pas un hasard, car cela résulte des premières tentatives de définition du kilogramme comme la masse d'un litre d'eau à 4 °C (température pour laquelle la masse volumique de l'eau est maximale) ; la valeur exacte de la masse volumique de l'eau à 4°C est de 0,99995 kg/L.

La densité d'un matériau est, pour les solides et les liquides, le rapport de la masse volumique de ce matériau à celle de l'eau.

Pour les gaz, la densité est calculée en rapport avec la masse volumique de l'air.

Dans les deux cas, la densité est forcément un nombre sans dimension.

La masse volumique de l'eau valant, à 3,98 °C, 1 g/cm³, la densité d'un liquide ou d'un solide s'exprime par la même valeur numérique que sa masse volumique en g/cm³ ou en kg/ℓ : par exemple, il est équivalent de dire que la densité de l'éthanol est de 0,79 ou que sa masse volumique est de 0,79 g/cm³. Ceci donne lieu à des confusions fréquentes entre les concepts de masse volumique et de densité. À noter également comme source d'erreur supplémentaire, la traduction anglo-saxonne de masse volumique qui est density.

La masse volumique en vrac ou apparente

Les valeurs données dans les tableaux de cet article sont définies par cette masse volumique qui est la plus couramment utilisée pour les matériaux de manière générale. C'est le rapport entre la masse de matériau et le volume apparent de l'ensemble des grains.

Pour les matériaux usuels de construction (sable, graviers, etc.) cette masse volumique varie entre 1400 et 1600 kg/m.

La masse volumique réelle

C'est le rapport entre la masse de matériau et le volume réel des grains (somme des volumes élémentaires des grains y compris le volume des pores fermés).

Pour les granulats courants, cette masse volumique varie entre 2500 et 2650 kg.m et pour le ciment, elle varie entre 2850 et 3100 kg.m selon la catégorie.

La masse volumique absolue ou de la matière

Cette grandeur est intéressante pour les matériaux poreux. Pour y accéder, il faut broyer très finement le matériau et mesurer la masse volumique réelle de la poudre obtenue. C'est le rapport de la masse du matériau sur le volume réel auquel on a soustrait le volume des pores (ouverts et fermés). La masse volumique absolue est égale à la masse volumique réelle dans le cas des matériaux non poreux.

La masse volumique d'un liquide, d'un solide ou d'une pâte peut être déterminée à l'aide d'un pycnomètre.

La masse volumique varie selon plusieurs paramètres. Elle dépend notamment de la température et, particulièrement pour les gaz, de la pression. Certains matériaux (dont le bois) pouvant absorber de l'eau, le taux d'humidité modifie aussi la masse volumique. Pour les matériaux poreux (argile, sable, sol, bois), les masses volumiques indiquées sont des masses volumiques apparentes.

Sauf indications contraires, les masses volumiques sont données pour des corps à la température de 20 °C, sous la pression atmosphérique normale (1013 hPa).

Roches, minéraux, matériaux usuels

Métaux et alliages

Liquides

Gaz

Matières plastiques

Bois

Le bois est une matière vivante dont la masse volumique varie principalement selon plusieurs paramètres notamment l’essence et l’humidité.

Éléments

Masse volumique des éléments à l'état standard, à température et pressions ambiantes, en g·cm :

Masse volumique des éléments à leur point de fusion en g·cm  :