Qu’est-ce que la mécanique des fluides ?
La mécanique des fluides consiste à étudier les écoulements de fluides, liquides et gazeux.
Tout milieu matériel continu, déformable, sans rigidité et qui peut s’écouler est considéré comme un fluide.
Ce domaine spécifique de la physique est indispensable dans la mise en place de procédés et d’équipements industriels.
Ainsi les professionnels en pharmacie, de l’alimentaire ou encore en pétrochimie font appel à nos experts Le Garrec pour une installation optimale au plus près de leurs attentes.
Qu’est-ce qu’un fluide ?
Un fluide est une substance :
- Continue ;
- Déformable ;
- Qui peut s’écouler.
L’état fluide de la matière comprend le liquide et le gaz.
Les fluides industriels, de forme liquide ou gazeuse possèdent de nombreuses propriétés (masse, volume, poids, densité, viscosité, élasticité…) nécessitant un traitement particulier.
Qu’est-ce que la mécanique des fluides ?
S’il fallait expliquer la mécanique des fluides en une seule phrase :
Il s’agit de la science qui étudie l’équilibre et le mouvement des fluides.
C’est un domaine de la physique consacré à l’étude du comportement de tous les fluides :
- Liquides ;
- Gaz ;
- Plasmas.
Il s’agit du sous-ensemble de la mécanique des milieux continus qui étudie et interprète les écoulements de fluides avec les forces et les contraintes qu’ils subissent. Cette discipline observe également les interactions des fluides avec des corps étrangers solides.
Les calculs comprennent de nombreux paramètres :
- La viscosité ;
- La compressibilité ;
- La masse volumique ;
- Les éléments perturbateurs (frottements, pertes de charge).
Qui a découvert la mécanique des fluides ?
Depuis toujours, l’homme s’intéresse à la maîtrise de l’eau et de l’air avec pour objectif de résoudre des problèmes du quotidien :
- L’irrigation en agriculture ;
- Les canaux ;
- Les fontaines ;
- Pour la navigation.
La mécanique des fluides était déjà employée en 6 500 av. J.-C. au Néolithique, avec les premiers essais de l’irrigation. Puis vers 3 000 av. J.-C., de grands ouvrages hydrauliques ont vu le jour.
Les premiers instruments permettaient de mesurer :
- Le niveau des crues ;
- La profondeur des fleuves ;
- Le niveau de l’eau pour la création des barrages et des digues.
Quels sont les grands noms de la mécanique des fluides ?
- Archimède :
Il est l’initiateur de cette science, avec la découverte de la statique des fluides qu’il théorise au 3ᵉ siècle av. J.-C.
- Héron :
Il poursuit les études et développe les principes de la pression et du débit.
- Léonard de Vinci :
De nombreuses notes datant du XVᵉ siècle évoquent ses travaux sur les vagues, les tourbillons, des écoulements dans des tubes et les prémices de machines hydrauliques. Il conçoit la première pompe centrifuge.
- Pascal :
Dans son Récit de la grande expérience de l’équilibre des liqueurs de 1648, il expose les principes fondamentaux de l’hydrostatique.
- Pitot et Venturi :
Ils proposent de meilleurs rendements des machines hydrauliques en créant des innovations telles que la tuyère à cônes divergents ou le tube de Pitot.
- Bernoulli et Euler :
Dès 1738, ils contribuent à la formulation des principes de l’hydrodynamique.
Quelles sont les applications de la mécanique des fluides ?
Dans quel but applique-t-on la mécanique des fluides ?
La science de la mécanique des fluides offre à de nombreuses disciplines une infinité de données, toutes importantes pour l’application et le fonctionnement de fluides dans un circuit ou dans un environnement.
Reconnue indispensable dans bien des domaines, on retrouve la mécanique des fluides dans l’industrie mais aussi dans la recherche.
Quels sont ces domaines ?
- L’ingénierie navale ;
- L’aéronautique ;
- L’étude de l’écoulement sanguin ;
- L’hydrologie ;
- L’océanographie ;
- La météorologie ;
- L’astrophysique ;
- La géophysique.
Les différentes branches de la mécanique des fluides
La mécanique des fluides se compose de deux branches principales, la statique des fluides et la dynamique des fluides.
Si la première concerne les fluides au repos observés par Archimède, la seconde s’intéresse aux fluides en mouvement selon leur viscosité.
La statique des fluides
Aussi communément appelée l’hydrostatique, cette catégorie étudie uniquement les fluides au repos.
On revient aux origines de cette science, avec « la poussée d’Archimède », qui permet d’observer la pression sur les liquides.
Elle est utilisée dans différents milieux :
- Hydraulique :
Dans l’ingénierie des équipements de stockage, de transport et d’utilisation des fluides.
- Géophysique :
Dans la compréhension du phénomène de la tectonique des plaques.
- Médecine :
Pour l’étude de la pression artérielle.
- Astrophysique :
Dans l’observation des anomalies du champ gravitationnel de la Terre.
La dynamique des fluides
La dynamique des fluides traite les fluides en mouvement. Cette sous-discipline implique de prendre en compte les propriétés du fluide, telles que la vitesse, la pression, la température et la densité.
La dynamique des fluides comprend deux sous-catégories :
- L’aérodynamique (étude des gaz en mouvement) ;
- L’hydrodynamique (l’étude des liquides en mouvement).
Un large éventail d’applications s’offre à l’hydrodynamique :
- Magnétohydrodynamique :
En présence de champs magnétiques, un fluide en mouvement est conducteur d’électricité, on retrouve cette catégorie en astrophysique.
- L’ingénierie navale :
L’étude scientifique de la résistance à l’avancement d’une coque de navire.
- L’aéronautique :
Pour la navigation, l’étude de l’atmosphère terrestre.
- La climatologie :
Pour l’observation des variations de température, l’humidité et l’évaporation océanique.
Les autres branches de la mécanique des fluides
D’autres branches de la mécanique des fluides existent :
- L’hydraulique :
C’est la science physique qui étudie les liquides dans des machines hydrauliques, l’énergie hydraulique et les canaux.
- L’aérodynamique :
Pour la conception d’avions, de fusées, de navettes spatiales…
- L’hydrodynamique :
Nécessaire à la compréhension du fonctionnement de nombreux équipements (pompes, moteurs…).
Plus récemment, la mécanique des fluides numériques a vu le jour. L’écoulement des fluides est simulée à l’aide d’équations résolues par des ordinateurs : les supercalculateurs.
Pourquoi étudier la mécanique des fluides dans le secteur industriel ?
L’étude et l’analyse des données fournies par la mécanique des fluides sont à la base même de toute installation ou du remplacement d’un équipement industriel.
La prise en compte des différentes propriétés des fluides industriels rencontrés permet à la société Le Garrec de vous proposer des solutions adaptées au dimensionnement de votre installation.