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Rhéologie
La Rhéologie (du grec reo, couler et logos, étude) est l'étude de la déformation et de l'écoulement de la matière sous l'effet d'une contrainte appliquée. Le terme rhéologie a été introduit en 1920 par Eugene Bingham, professeur à l'Université de Lehigh sur une suggestion de son collègue Markus Reiner. Le terme est emprunté à la fameuse expression d'Héraclite d'Éphèse panta rei, « Ca s'écoule toujours ».
Sommaire
Domaine d'étude
Dans la pratique la rhéologie est une extension des disciplines telles que l'élasticité et la mécanique des fluides newtoniens, aux matériaux dont le comportement mécanique ne peut être décrit par ces théories classiques. Elle permet également de déterminer les propriétés mécaniques macroscopiques à partir d'une étude basée sur la structure micro ou nanoscopique du matériau, par exemple la taille moléculaire et l'architecture d'un polymère en solution ou encore la distribution de taille de particules dans une suspension solide.
Mécanique des milieux continus Mécanique du solide ou Résistance des matériaux Élasticité Plasticité Rhéologie Mécanique des fluides Fluides non-newtoniens Fluides newtonien La rhéologie unit des champs d'applications apparemment sans rapports, les matériaux plastique et les fluides non newtoniens, en supposant que les deux types de matériaux sont incapables de supporter une contrainte de cisaillement en équilibre statique, ce qui fait du solide plastique un fluide.
La rhéologie granulaire s'occupe de la description des matériaux granulaires.
Exemples de matériaux concernés
- les liquides pâteux : fabrication du verre, industrie agro-alimentaire ;
- la mise en forme des pièces : injection ou extrusion des polymères et métaux, laminage, forgeage…
- en géophysique : les glissements de terrain, l'écoulement de la lave et du magma, la convection dans le manteau terrestre,
- en géomécanique : la déformation des fondations,
- en agronomie : le comportement des fruits et légumes sous une contrainte d'écrasement.
- en médecine : le comportement du sang et l'homéostasie
Lien entre élasticité, viscosité, caractères solide et liquide, plasticité
On a l'habitude d'associer liquide et visqueux (une huile épaisse est un liquide visqueux) ainsi que solide et élastique (un ressort est un solide élastique).
En fait, lorsqu'on essaie de déformer un matériau, certaines des propriétés listées ci-dessus se manifestent aux temps courts, d'autres aux temps longs.
Les caractères liquide et solide sont des propriétés aux temps longs :
- si le matériau, après s'être déformé, résiste finalement, c'est un solide ;
- si au contraire le matériau finit par s'écouler, c'est un liquide.
Au contraire, les caractères élastique et visqueux (ou les comportements intermédiaires, viscoélastiques) se manifestent aux temps courts :
- si la déformation du matériau suit la force ou les contraintes appliquées, alors le matériau est élastique ;
- si c'est la dérivée de la déformation par rapport au temps (taux de déformation) qui suit la force ou les contraintes, alors le matériau est visqueux.
Les caractères liquide et solide, visqueux et élastique sont décelables pour de faibles contraintes appliquées. Si l'on applique une forte contrainte, un matériau qui semblait solide peut se mettre à s'écouler. Il révèle alors un caractère plastique. On parle de solide plastique. La plasticité est donc caractérisée par un seuil de contrainte (appelé seuil de plasticité) au-delà duquel le matériau s'écoule.
Par habitude, on parle de solide plastique lorsque le seuil de plasticité est plutôt élevé, et de fluide à seuil lorsque le seuil de plasticité est plutôt bas. Il n'y a cependant pas de différence fondamentale entre ces deux notions.
Voir aussi
Articles connexes
- Mécanique des milieux continus
- Mécanique des fluides
- Rhéologie des solides
- Ecoulements complexes
- Rhéomètre
- Viscoanalyseur
- Viscosité
Liens externes
Parmi les revues scientifiques qui traitent de rhéologie :
- Journal of Rheology
- Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics
- Rheologica Acta
- Applied Rheology
- Korea-Australia Rheology Journal
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