Définition et propriétés des fluides
États de la matière
En fonction des conditions de température et de pression, la matière peut se trouver dans différents états : solide, liquide ou gazeux. Dans ce chapitre, nous nous intéresserons uniquement aux fluides, à savoir donc aux liquides et gaz.
Masse volumique
Dans des conditions de température et pression données, une masse
(kg) de fluide occupe un certain volume
(m3). Ainsi, on définit la masse volumique
(kg.m-3) comme suit :
: masse volumique (kg.m-3)
: masse (kg)
: volume (m3)
Dans le cas d'un liquide, la masse volumique peut être approximée comme constante (fluide incompressible).
Dans le cas d'un gaz, la masse volumique dépend de la température, de la pression, de la masse molaire du gaz considéré et de la constante des gaz parfaits. La masse volumique du gaz peut être exprimée à partir de la loi des gaz parfaits :
: masse volumique (kg.m-3)
: masse molaire du gaz (kg.mol-1)
: pression (Pa)
: constante des gaz parfaits (R=8.314 J.mol-1.K-1)
Exemples dans des conditions normales de température et pression:
1000 kg.m-3
1,3 kg.m-3
Le ratio entre la masse volumique d'un liquide et celle d'un gaz est en général de l'ordre de 103.
Viscosité
La viscosité d'un fluide traduit sa résistance à l'écoulement (frottements internes et frottements avec une paroi externe). C'est un paramètre très important dans l'étude des fluides en mouvement.
La viscosité dynamique est définie comme le ratio entre contrainte de cisaillement et vitesse de cisaillement :
: viscosité dynamique (Pa.s)
: contrainte de cisaillement (Pa)
: vitesse de cisaillement (s-1)
On définit également la viscosité cinématique comme suit :
: viscosité cinématique (m².s-1)
: masse volumique du fluide (kg.m-3)
La valeur de viscosité peut être constante, on parle alors de fluide Newtonien, ou varier en fonction des forces appliquées. Dans ce cas, divers comportement rhéologiques sont définis, en fonction de l'allure du rhéogramme du fluide. Quelques exemples courants sont donnés sur la figure ci-dessous.
A noter également que les propriétés rhéologiques des fluides peuvent parfois être dépendantes du temps, c'est-à-dire de l'histoire du fluide (les contraintes subies auparavant ont une influence sur la viscosité à un instant donné).
