Viscosité

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La viscosité (du latin viscum) désigne la capacité d'un fluide à s'écouler, en mécanique des fluides. En langage courant, on utilise aussi le terme de fluidité.

Lorsque la viscosité augmente, la capacité du fluide à s'écouler diminue. Pour un liquide, 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.

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. ^[1]

[modifier] Modélisation

Il existe deux types de viscosité :

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 : la poise (Po) ; 1 Pa.s = 10 Po. La viscosité de l'eau à 20°C est de 1cPo (centipoise).

Force de viscosité agissant dans un fluide

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 $F = \mu \, S \, \frac{dv}{dz}\;$ , S étant la surface de chaque couche, et dz l'épaisseur de fluide séparant les deux couches.

la viscosité cinématique ν qui s'obtient en divisant la viscosité dynamique par la masse volumique ρ. Elle s'exprime en m²/s. Cette unité est très grande. 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 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 : $\frac{\mu(T)}{\mu_0} = \left( \frac{T}{T_0} \right)^{3/2}\frac{T_0+S}{T+S}$

$μ 0 = μ(T 0)$ est la viscosité à la température $T 0$ , $S$ est la température de Sutherland. Pour l'air par exemple on prend habituellement les valeurs suivantes μ₀ = 1,711.10^-5 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.

[modifier] Quelques valeurs

viscosité dynamique
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	1,79 × 10^-3
	20,2	10^-3
	50	0,55 × 10^-3
	100	0,28 × 10^-3
glace	-13	15 × 10¹²
mercure	20	1,55 × 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
Fluide de la vie courante
bitume	20	10⁸
mélasse	20	10²
miel	20	10¹
huile de ricin	20	0.985
huile d'olive	20	[81 × 10^-2...100 * 10^-2]
café crème	20	10 × 10^-3
sang	37	[4 × 10^-3...25 × 10^-3]
jus de raisin	20	[2 × 10^-3...5 × 10^-3]
pétrole	20	0,65 × 10^-3
Viscosité de corps à la pression atmosphérique