Fluide non-Newtonien

Fluide non-Newtonien

Fluide

Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines conditions (températures et/ou pressions), le milieu n'est ni liquide, ni gazeux, il reste fluide (voir Diagramme de phase d'un corps pur).

Les particules constitutives d'un fluide ne sont pas liées par des liaisons covalentes (c'est-à-dire de liaison chimique). Dans un gaz, les interactions entre particules sont négligeables, sauf lorsqu'elles se rencontrent (chocs). Dans un liquide, les molécules sont tellement proches qu'il est difficile de comprimer le fluide. Elles interagissent cette fois fortement par l'intermédiaire de forces de van der Waals, des interactions dipôlaires (les particules se comportant comme des dipôles électrostatiques). Ce type d'interaction explique les propriétés physiques et chimiques des liquides.

Sommaire

Différentes catégories de fluides

Fluide newtonien

Un fluide est dit newtonien lorsque le tenseur des contraintes visqueuses est une fonction linéaire du tenseur des déformations. Pour la plupart des fluides usuels dans des conditions standards, ce modèle est très satisfaisant.

Pour ce type de fluide, l'équation d'évolution est une équation de Navier-Stokes. Pour donner un exemple, dans le cas d'un fluide incompressible et homogène (à masse volumique constante), cette équation s'écrit, dans sa version massique :

\frac{\partial \overrightarrow{v}}{\partial t} + \left ( \overrightarrow{v}\cdot \overrightarrow\operatorname{grad} \right ) \overrightarrow{v} = - \frac{\overrightarrow\operatorname{grad} P}{\rho} + \overrightarrow{f_m} + \nu \Delta \overrightarrow{v}

où :

  • \overrightarrow{v} est le vecteur vitesse
  • ρ est la masse volumique
  • P est la pression
  • f sont des forces par unité de masse (ex : action de la pesanteur: \overrightarrow{g})
  • ν est la viscosité cinématique

Fluide non newtonien

Un fluide est dit non newtonien lorsque le tenseur des contraintes visqueuses n'est pas une fonction linéaire du tenseur des déformations. Autrement dit, lorsque sa déformation n'est pas directement proportionnelle à la force qu'on lui applique. Le meilleur exemple est celui du sable mouillé en bord de mer : quand on frappe le sable, il a la viscosité élevée d'un solide, alors que lorsqu'on appuie doucement dessus, il se comporte comme une pâte.

Les fluides non newtoniens sont presque tous des colloïdes. On peut en préparer chez soi avec de l'eau et de l'amidon de maïs (maïzena) par exemple ou encore du plâtre.

Les colloïdes, et donc aussi les fluides non newtoniens, font l'objet de recherches fondamentales poussées car ils sont très présents dans la nature, mais aussi en raison d'éventuelles applications militaires : par exemple, la réalisation de gilets pare-balles suffisamment souples pour être portés sans gêne.

Fluide incompressible

Un fluide est dit incompressible lorsque sa masse volumique reste constante dans un écoulement.

Articles connexes

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Voir « fluide » sur le Wiktionnaire.
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