Viscosité - Définition
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Introduction
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.
Grandeurs physiques
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
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
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 = 10-4 m²/s et 1 cSt = 1 mm²/s = 10-6 m²/s.
La fluidité
La fluidité est l'inverse de la viscosité dynamique.
Viscosité élongationnelle
Quelques valeurs
| corps | température (°C) | viscosité (Pa s) |
|---|---|---|
| Fluide parfaitement défini | ||
| hydrogène | 0 | 8,4 × 10-6 |
| 50 | 9,3 × 10-6 | |
| 100 | 10,3 × 10-6 | |
| air | 0 | 17,1 × 10-6 |
| 50 | 19,4 × 10-6 | |
| 100 | 22,0 × 10-6 | |
| xénon | 0 | 21,2 × 10-6 |
| eau | 0 | 1,793 × 10-3 |
| 20 | 1,002 × 10-3 | |
| 50 | 0,5470 × 10-3 | |
| 100 | 0,2818 × 10-3 | |
| glace | -13 | 15 × 1012 |
| mercure | 20 | 1,526 × 10-3 |
| acétone | 0,326 × 10-3 | |
| éthanol | 1,20 × 10-3 | |
| méthanol | 0,59 × 10-3 | |
| benzène | 0,64 × 10-3 | |
| nitrobenzène | 2,0 × 10-3 | |
| glycérine | 1,49 | |
| Fluide de la vie courante | ||
| bitume | 20 | 108 |
| mélasse | 20 | 102 |
| miel | 20 | 101 |
| huile de ricin | 20 | 3,4 |
| huile d'olive | 20 | de 8,1 à 10 × 10-1 |
| café crème | 20 | 10 × 10-3 |
| sang | 37 | de 4 à 25 × 10-3 |
| jus de raisin | 20 | de 2 à 5 × 10-3 |
| pétrole | 20 | 0,65 × 10-3 |
| Viscosité de corps à la pression atmosphérique | ||
| corps | température (°C) | viscosité (cSt) |
|---|---|---|
| Huile | 40 | 20 à 60 |
