La viscosité dynamique

Viscosité (du latin viscum) n. f. : Etat de ce qui est visqueux. PHYS Propriété qu’a tout fluide d’opposer une résistance aux forces qui tendent à déplacer les unes par rapport aux autres les particules qui le constituent.  Source : © Hachette Livre, 1997

Isaac Newton fut le premier à établir la loi fondamentale de la viscosimétrie décrivant le comportement de l’écoulement d’un liquide idéal :

τ = η.D où τ = contrainte tangentielle (N/m²) et D ou g = gradient de vitesse (n-1)

La solution de cette équation pour la viscosité dynamique donne : η = τ/D en Pa.s

A noter : dans le système SI, l’unité est le Pascal.seconde (Pa.s) ou encore le milliPascal.seconde (mPa.s). En milieu industriel nous trouvons d’autres unités dont les plus utilisées sont la centipoise (cP) et la poise (P) :

Courbe de la viscosité en fonction de la température

Courbe de la viscosité en fonction de la température

  • 1 Pa.s = 1 000 mPa.s
  • 1 mPa.s = 1 cP
  • 1 P = 100 cP

Valeurs typiques de viscosité à 20 °C (mPa.s) :

  • Acétone : 0,32
  • Eau : 1
  • Mercure : 1,5
  • Jus de pamplemousse : 2~5
  • Sang (à 37°C) : 4~15
  • Café crème : 10
  • Huile d’olive : 102
  • Miel : 104
  • Goudron : 106
  • Bitume : 108

La viscosité des liquides diminue lorsque la température augmente.

Dans l’industrie, la viscosité a une très grande importance pratique, car elle conditionne l’écoulement des fluides dans les canalisations et le long des parois. Elle permet de mesurer directement ou indirectement certaines caractéristiques des produits (texture, taille de polymère,…). Elle conditionne le bon fonctionnement des processus (combustion, imprimerie, couchage, …).

Lors des processus de fabrication industriels, les viscosimètres à vibration certifiés anti-déflagrant (ATEX) et/ou sanitaire 3A apportent toutes les garanties d’un excellent contrôle en continu de la viscosité dynamique, facteur d’une qualité optimale du produit final.

La viscosité cinématique

Si des liquides newtoniens sont testés à l’aide de viscosimètres capillaires, la viscosité est exprimée en unités de viscosité cinématique. La gravité est utilisée comme force entraînant le liquide à travers le capillaire. La masse volumique de l’échantillon est un paramètre additionnel.

La viscosité cinématique et la viscosité dynamique sont liées par la formule suivante :

ν=η/ρ (m²/s)    avec    ν = viscosité cinématique en m²/s,     η = viscosité dynamique en Pa.s  et  ρ = masse volumique en kg/m3

La viscosité cinématique était précédemment exprimée en « stokes » [St] ou en « centistokes » [cSt].

1 cSt = 1 mm²/s = 10-6 m²/s  sachant que 1St = 100 cSt

Pour un liquide de masse volumique proche de 1000kg/m3 (densité > 1), on peut faire l’approximation suivante : 1cSt > 1cP  (voir viscosité dynamique).
A noter : Les valeurs « secondes Coupe Ford », « Degrés Engler », « seconde Saybolt ou Redwood » ne sont que des valeurs relatives de viscosité qui, pour des liquides non-newtoniens, ne peuvent être converties en valeurs de viscosité absolue η ou ν.