Les fluides non-newtoniens
Nous allons commencer notre étude par définir la notion de viscosité car c'est un terme qui va nous être très utile. La viscosité représente la résistance à l'écoulement normal d'un matériau. Prenons une échelle allant de 1 à 10, sachant que 10 correspond à un à un matériau dont la viscosité est élevée . Lors que le matériau se situ au rang 1, il est comme l'eau, il s'écoule normalement. Quand il se situe au 5ème stade, il est qualifié de visqueux dans le langage courant, cela peut être du miel, du sang ou bien d'autres choses dont nous auront l'occasion de parler plus tard. Le dernier stade la viscosité, c'est-à-dire le rang 10, correspond tout simplement à un solide. Pour illustrer la viscosité on dépose un objet de petite taille et de masse m dans un récipient, à la surface d'un fluide. On réalise cette expérience avec des fluides de viscosité différente. Plus le temps que l'objet met à toucher le fond est important, plus la viscosité du matériau est importante.
Maintenant, nous allons définir la notion de fluide non-newtonien qui va nous aider à répondre à notre problématique. Un fluide non-newtonien est un fluide qui n’est pas, en toute logique, newtonien. Un fluide newtonien est un fluide dont la viscosité ne dépend pas des contraintes qu’il subit. En effet sa viscosité ne varie pas quand on met en mouvement le fluide. Cependant la viscosité peut évoluer sous l’influence d’autres facteurs comme la température. Ainsi, plus la température de ce fluide est élevée, moins il est visqueux. Ce phénomène s’explique par l’agitation des molécules plus importante, par conséquent les liaisons entres ces molécules sont moins fortes. A l'inverse plus le fluide est froid, plus il se solidifie, car ses molécules se figent et leur liaisons sont donc plus fortes. Peu importe la durée de la force exercée ou sa nature, le fluide newtonien se soumet. Les fluides non-newtoniens, par contre, sont des fluides dont la viscosité peut varier en fonction de la contrainte mécanique qu'on leur inflige, ou du temps pendant lequel est appliquée cette contrainte.
Il existe beaucoup de types de fluides non-newtoniens mais, dans cette étude nous parlerons seulement de
fluides non-newtonien en général, sans spécifier la catégorie. Ainsi notre étude sera plus claire.
On distingue plusieurs types de comportement non-newtonien :
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Les fluides rhéofluidifiants ou pseudo-plastifiés : quand on les met en mouvement, ils deviennent plus fluides et s'écoulent plus facilement (exemple : le ketchup nécessite une force importante pour quitter son état habituel et sortir du goulot)
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Les fluides de Bingham : ce fluide est un cas particulier du fluide pseud-plastifié, il devient fluide seulement à partir d’une certaine quantité de force exercée. (exemple: le dentifrice) voir animation (nous y remarquons que le dentifrice nécessite une pression importante pour sortir) =>
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Les fluides rhéoépaississants ou dilatants : au contraire, quand on les agite, ils deviennent plus visqueux, plus difficiles à mélanger, ils se figent parfois (exemple : solution d’alcool polyvinylique dans l'eau)
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Les fluides thixotropes : c’est un fluide dont la viscosité, sous contrainte constante, varie au cours du temps (exemple : les sables mouvants, le yaourt, la mousse à raser, certaines argiles...). Ces fluides thixotropes sont la raison d'écoulements d’immeubles lors de tremblement de terre.
Notre mélange est un fluide non-newtonien.
Voici une expérience qui illustre bien la notion de viscosité. A gauche, nous voyons un récipient qui contient de l'eau, ensuite un qui contient de l'huile de moteur, puis un qui contient du miel et pour finir un qui contient du shampooing. Le fluide qui semble être le moins visqueux est l'eau, puis l'huile de moteur, ensuite le shampooing et pour finir le miel.
EAU
HUILE DE MOTEUR
SHAMPOOING
MIEL
Fluide non-newtonien
Fluide non-newtonien
