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Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur la viscosité

Vous avez certainement déjà entendu parler de la viscosité. Mais pouvez-vous dire au pied levé ce qui se cache exactement derrière ? Que signifie donc ce mot étrange ?

Pour faire simple, la viscosité peut être définie comme la fluidité d’un liquide, c’est-à-dire sa résistance à l’écoulement. Cette résistance est causée par le phénomène de frottement interne à l’intérieur du liquide et par des forces intermoléculaires comme les forces de Van der Waals. Un fluide visqueux comme le miel a une viscosité élevée. Un fluide non visqueux comme l’eau a une faible viscosité. On parle également de liquides à haute et à faible viscosité.

Ce terme tire d’ailleurs son origine de l’espèce végétale Viscum, autrement dit le gui. Déjà dans l’Antiquité, ses baies étaient utilisées pour fabriquer ce que l’on appelle la glu. Il s’agit là d’un fluide visqueux et collant dont on enduisait les branches d’arbres pour capturer les oiseaux. Le terme « visqueux » signifie donc à quelque chose près « collant comme de la glu ».

Pas très compliqué à première vue, n’est-ce pas ? Mais c’est loin d’être aussi simple en réalité car on distingue la viscosité dynamique et cinématique :

La viscosité dynamique, également appelée viscosité de cisaillement, correspond au rapport entre la contrainte de cisaillement et le gradient de vitesse à l’intérieur du fluide :

Elle est mesurée en Pa·s (pascal-seconde).

Afin de mieux comprendre cette formule, imaginons le montage suivant :

Deux plaques superposées de surface A sont séparées par un film liquide. La distance est la coordonnée y.

Une force F agit sur la plaque supérieure. En cas de force suffisante, la plaque supérieure se déplace en conséquence. Les couches supérieures du film liquide se déplacent à peu près à la vitesse de la plaque supérieure, tandis que les couches inférieures restent en place.

Il en résulte un profil de vitesse avec un gradient. La force crée une tension de cisaillement dans le fluide. Plus le fluide est visqueux, plus la force et donc la contrainte de cisaillement nécessaire pour déplacer la plaque à la même vitesse sont grandes.

La viscosité cinématique correspond au rapport entre la viscosité dynamique et la masse volumique d’un liquide

La viscosité cinématique est exprimée en St (Stokes) ou m²/s (1 St = 10-4 m²/s = 1 cm²/s).

Pourquoi distingue-t-on ces deux termes ? Dans le montage d’essai ci-dessus, la viscosité dynamique peut être mesurée sans connaissance détaillée concernant le fluide. La viscosité cinématique est pour ainsi dire normalisée par la masse volumique. Avec une viscosité dynamique identique mais une masse volumique plus élevée, la valeur de la viscosité cinématique diminue.

Pourtant, étant donné qu’avec une masse volumique plus élevée, les molécules du liquide sont plus proches les unes des autres, on s’attend à une viscosité plus élevée. Cette contradiction se résout car les forces intermoléculaires diminuent. La viscosité cinématique est donc un paramètre de substance.

Il existe différents principes de mesure physiques pour mesurer la viscosité. Le viscosimètre à chute de bille classique selon Höppler en est un exemple. Le liquide à mesurer se trouve dans un cylindre. Une bille est introduite. Entre le poids et la résistance de frottement entre la bille et le fluide, un équilibre s’établit de sorte que la bille tombe à vitesse constante. La viscosité peut alors être calculée à partir de la vitesse de chute.

Le tableau suivant présente quelques valeurs caractéristiques de la viscosité dynamique :

LiquideTempérature en °CViscosité η en mPa·s
Eau51,52
101,297
201,00
250,891
Sang373 à 25
Huile moteur150≈ 3
25≈ 100
Glycérine012100
104500
201490

Pourquoi la viscosité est-elle intéressante pour la mesure du débit ?

Le choix du bon principe de mesure dépend de la viscosité du liquide. Alors qu’avec une faible viscosité, un débitmètre à effet Vortex ou à turbine peut être utilisé, les liquides à haute viscosité exigent quant à eux des capteurs de débit à déplacement positif, des capteurs de débit à roues ovales ou des débitmètres à induction magnétique.

Le saviez-vous ?

Chez SIKA, nous développons actuellement un nouveau principe de mesure optique qui fonctionne totalement indépendamment de la viscosité. Si vous souhaitez en savoir plus, n’hésitez pas à me contacter :

Erik Heß

Chef de produit

Télephone: +49 5605 803-805
Email: hess(at)sika.net