La substance du dessus a une viscosité moindre que celle du dessous.
La viscosité (du latin viscum, gui, glu) peut être définie comme la résistance à l'écoulement uniforme et sans turbulence se produisant dans la masse d'une matière. La viscosité dynamique correspond à la contrainte de cisaillement qui accompagne l'existence d'un gradient de vitesse d'écoulement dans la matière, d'où l'origine du qualificatif de dynamique.
Lorsque la viscosité augmente, la capacité du fluide à s'écouler diminue. Pour un liquide (au contraire d'un gaz), la viscosité tend généralement à diminuer lorsque la température augmente. On pourrait croire que la viscosité d'un fluide s'accroît avec sa densité mais ce n'est pas nécessairement le cas : l'huile est moins dense que l'eau (huile de colza : 0,92 à 20 °C, contre 1 pour l'eau) cependant elle est nettement plus visqueuse.
On classe notamment les huiles mécaniques selon leur viscosité, en fonction des besoins de lubrification du moteur et des températures auxquelles l'huile sera soumise lors du fonctionnement du moteur.
Grandeurs physiques
Plusieurs grandeurs physiques sont liées à la viscosité. La viscosité est en fait une quantité tensorielle mais il est possible, dans certains cas, de l'exprimer sous la forme d'une grandeur scalaire.
Viscosité de cisaillement
La viscosité de cisaillement peut être vue comme la résistance à l'écoulement des différentes couches d'un fluide les unes sur les autres.
Viscosité dynamique
Force de viscosité agissant dans un fluide.
La viscosité dynamique (ou encore ) se mesure en pascal-secondes (Pa·s), cette unité ayant remplacé le poiseuille (Pl) qui a la même valeur : 1 Pa·s = 1 Pl.
On trouve encore parfois l'ancienne unité du système CGS, la poise (Po) : 1 Pa·s = 10 Po.
La viscosité de l'eau à 20 °C est de 1 cPo (centipoise) soit 1 mPa·s.
Une façon de définir la viscosité dynamique est de considérer deux couches d'un fluide notées abcd et a’b’c’d’, la couche abcd étant animée d'une vitesse relative à a’b’c’d’ notée et dirigée suivant . Sous l'effet de la viscosité, une force s'exerce sur la couche a’b’c’d’ séparée de dz. La viscosité dynamique (le symbole est également utilisé) intervient dans la relation entre la norme de cette force et le taux de cisaillement , étant la surface de chaque couche.
Viscosité cinématique
La viscosité cinématique (nu) s'obtient en divisant la viscosité dynamique par la masse volumique soit :
.
Elle s'exprime en mètre carré par seconde (m/s). Dans le système CGS, la viscosité cinématique était exprimée en stokes (St) ou en centistokes (cSt).
La conversion est immédiate, puisque 1 St = 1 cm/s = 10 m/s et 1 cSt = 1 mm/s = 10 m/s.
Fluidité
La fluidité est l'inverse de la viscosité dynamique.
Seconde viscosité
La seconde viscosité est le second paramètre scalaire qui caractérise complétement un fluide newtonien.
Elle est souvent omise dans la littérature, faute de caractérisation pour la plupart des fluides usuels, dans leur approximation newtonienne.
Viscosité de volume
La viscosité de volume est une fonction linéaire des viscosités principale et seconde viscosité.
-
3K= 3λ + 2µ
Viscosité élongationnelle
Évolution suivant la température
La viscosité d'un fluide varie en fonction de sa température et des actions mécaniques auxquelles il est soumis. Voir par exemple à ce propos le phénomène de thixotropie. Pour déterminer l'importance de l'effet de la température sur la viscosité d'un fluide, on utilise un indice de viscosité. Plus ce dernier est grand, moins la température a d'influence sur la viscosité du fluide.
Concernant un gaz, il est courant d'utiliser la loi de Sutherland définie de la façon suivante :
,
où :
-
est la viscosité à la température ;
-
est la température de Sutherland.
Pour l'air par exemple, on prend habituellement les valeurs suivantes : = 1,715×10 Pa·s, = 273,15 K et = 110,4 K, ce qui donne une bonne approximation sur une plage de température de l'ordre de 170 K à 1 900 K environ.
Quelques valeurs
Viscosité dynamique Corps Température (°C) Viscosité (Pa·s) Fluide parfaitement défini dihydrogène 0 8,4 × 10 50 9,3 × 10 100 10,3 × 10 air 0 1,71 × 10 50 1,94 × 10 100 2,20 × 10 xénon 0 2,12 × 10 eau 0 1,793 × 10 20 1,002 × 10 50 0,5470 × 10 100 0,2818 × 10 glace −13 15 × 10 mercure 20 1,526 × 10 acétone 0,326 × 10 éthanol 1,20 × 10 méthanol 0,59 × 10 benzène 0,** × 10 nitrobenzène 2,0 × 10 glycérine 1,49 dioxygène 0 1,9143 × 10 diazote 0 1,6629 × 10 Fluide de la vie courante bitume 20 10 mélasse 20 10 miel 20 10 huile de ricin 20 0,95 huile d'olive 20 de 0,081 à 0,1 café crème 20 10 sang 37 de 4 à 25 (généralement 6) × 10 jus de raisin 20 de 2 à 5 × 10 pétrole 20 0,65 × 10 Viscosité de corps à la pression atmosphérique
Viscosité cinématique
Corps |
Température (°C) |
Viscosité (cSt) |
huile |
40 |
de 20 à 60 |