Les Fluides Non Newtoniens

Les fluides non newtoniensImage ©ElisaG87 on wikimedia

Les fluides non newtoniens sont des substances aux propriétés physiques et chimiques étonnantes. Sous l’apparence de fluides presque aussi liquides que l'eau, ce type de fluide a la particularité de devenir solide quand on y exerce une pression suffisamment forte.

De quoi s’agit-il ?

En chimie, les fluides sont des milieux parfaitement déformables qui peuvent être gazeux (fluides compressibles), liquides (fluides peu compressibles) ou bien ni l’un ni l’autre (dans certaines conditions de température et de pression).

La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie le comportement des fluides lorsqu’on les soumet à des forces ou des contraintes.

On distingue deux grandes familles de fluides en fonction de leur viscosité : les fluides dits "newtoniens" et les fluides "non newtoniens".

Les différents types de fluides

Les fluides "newtoniens", comme l'eau, l'air et la plupart des gaz, présentent une viscosité constante ou qui ne peut varier qu'en fonction de la température.

En revanche, les fluides "non newtoniens" ont la particularité d'avoir une viscosité variable, en fonction de la vitesse et des contraintes qu'ils subissent.
En d’autres termes, la déformation de ce type de fluide n'est pas directement proportionnelle à la force qu'on lui applique.

Exemples de fluides non newtoniens

Le sable mouillé que l’on trouve en Bord de mer est un bon exemple de la particularité des fluides non newtoniens.
En effet, si on frappe du sable mouillé, il présente la consistance d'un solide, alors que si l’on appuie dessus doucement, il se comporte comme une pâte.

Une petite expérience sans danger à réaliser chez soi consiste à mélanger de l'eau et de l'amidon de maïs (Maïzena).
En incorporant lentement 2 mesures d’amidon dans une mesure d’eau, on obtient en effet une pâte dont la viscosité change avec le taux de contrainte appliqué.
Le mélange obtenu se comportera comme un solide si l’on enfonce vivement une cuillère à la surface, mais comme un liquide si l’on y insère lentement la cuillère.

La vidéo ci-dessous montre qu’une personne se déplaçant rapidement ou avec suffisamment de force à la surface d’un liquide non newtonien peut littéralement Marcher sur un tel liquide.

Recherches et applications des fluides newtonien

Les fluides non newtoniens font l'objet de recherches fondamentales poussées, non seulement parce qu’ils sont très présents dans la nature, mais aussi en vue d'éventuelles applications telles que la réalisation de gilets pare-balles.
Ils constituent un matériau intéressant en raison de leur capacité à absorber l’impact d’un projectile à une vitesse élevée, tout en restant suffisamment souples pour être portés sans gêne.
La branche de la physique qui les étudie est appelée "rhéologie".

Résumé sur un liquide non newtonien

Un fluide qui s'écarte de la loi de Newton sur la viscosité - viscosité constante quelle que soit la contrainte - est dit non newtonien. Lorsqu'ils sont soumis à une force, la viscosité des fluides non newtoniens peut changer, devenant soit plus liquide, soit plus solide. Par exemple, le ketchup est un fluide non newtonien parce qu'en le secouant, il devient plus liquide. De nombreuses solutions salines, des polymères fondus, de la crème anglaise,[1] du dentifrice, des suspensions d'amidon, de l'amidon de maïs, de la peinture, du sang, du beurre fondu et du shampoing sont des exemples de fluides non newtoniens.

Le plus souvent, la viscosité des fluides non newtoniens dépend du taux de cisaillement ou de l'histoire du taux de cisaillement (la déformation progressive causée par des contraintes de cisaillement ou de traction). Néanmoins, certains fluides non newtoniens dont la viscosité est indépendante du taux de cisaillement continuent à présenter des schémas typiques de différence de contraintes ou d'autres comportements non newtoniens. Dans un fluide newtonien, le coefficient de viscosité sert de constante de proportionnalité, et la relation entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement est linéaire, passant par l'origine. La relation entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement diffère dans un fluide non newtonien. On peut même observer une viscosité dépendant du temps dans le fluide. Il est donc impossible de déterminer un coefficient de viscosité constant.

Bien que la viscosité soit fréquemment utilisée en mécanique des fluides pour expliquer les caractéristiques de cisaillement d'un fluide, les fluides non newtoniens ne peuvent pas toujours être décrits de manière adéquate par ce concept. Ils peuvent être examinés plus efficacement en utilisant un certain nombre de propriétés rhéologiques supplémentaires qui relient les tenseurs de contrainte et de vitesse de déformation dans de nombreuses situations d'écoulement, telles que le cisaillement oscillatoire ou l'écoulement en extension, et qui sont déterminées par divers instruments ou rhéomètres. Les équations constitutives à valeurs tensorielles, qui sont fréquemment utilisées dans la recherche en mécanique des continuums, constituent un outil supérieur pour comprendre ces propriétés.

Plus d'information :

Vidéo / audio de l'article : Vidéo Les Fluides Non Newtoniens

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Avis

  • Jobernard

    de la patate

    05 octobre 2015

  • Snef

    satisfait

    02 décembre 2010

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