Pourquoi et comment mesurer la viscosité d’un fluide ?

Qu’est-ce que la viscosité ?

La viscosité est une propriété physique qui caractérise l’état d’un fluide dont les molécules sont entravées dans leur déplacement par des interactions, des collisions ou des associations moléculaires. Pour parler en termes non physiques et plutôt informels, on peut utiliser le concept d’« épaisseur » et décrire la viscosité comme un des aspects du comportement d’un fluide (gaz ou liquide) en mouvement. Plus précisément, la viscosité d’un fluide définit son comportement d’écoulement, c’est-à-dire sa capacité à un écoulement uniforme et sans turbulence. La viscosité d’un fluide est influencée par différents facteurs et notamment la température. Généralement, elle est désignée par la lettre grecque µ. On peut aussi – plus rarement toutefois – la rencontrer indiquée par la lettre grecque η.

Quelles différences entre viscosité relative et viscosité cinématique ?

Lorsque l’on parle de viscosité, deux termes peuvent se rencontrer : la viscosité absolue (aussi appelée viscosité dynamique) et la viscosité cinématique. Voyons ici ce qui différencie ces deux propriétés physiques des fluides.

La viscosité absolue

Est désignée par le mot viscosité ce qu’on appelle la viscosité absolue ou la viscosité dynamique. Il s’agit d’une grandeur physique notée ɳ (êta). La viscosité absolue caractérise la résistance d’un fluide incompressible (eau, huile, miel, etc.) à l’écoulement laminaire, c’est-à-dire à un écoulement orienté plus ou moins dans la même direction. Pour parler plus simplement, on dira que la viscosité absolue désigne la résistance interne d’un fluide par rapport à son écoulement.

La viscosité cinématique

En physique et plus précisément dans le domaine de la mécanique des fluides, il est aussi fréquent de rencontrer le terme de viscosité cinématique. Attention, car il ne s’agit pas de la même notion. La viscosité cinématique définit la capacité de rétention des particules d’un fluide. En d’autres termes, la viscosité cinématique évalue la capacité d’un fluide à se répandre. La viscosité cinématique se note ν (nu).

Pour conclure sur ces deux notions et la relation qui les lie, on peut dire que la viscosité cinématique se calcule en divisant la viscosité dynamique (ou absolue) par la masse volumique du fluide. Voici l’opération qu’il est nécessaire de faire pour obtenir la viscosité cinématique :

ν = ɳ/ρ.

Avec v (viscosité cinématique), ɳ (viscosité dynamique) et ρ (masse volumique).

Dans quel cadre est-il important de mesurer la viscosité d’un liquide ?

D’une très grande importance pratique dans l’industrie, le calcul de la viscosité s’applique à tous les liquides et fluides industriels. Mesurer la viscosité d’un fluide ou d’un liquide possède de nombreux avantages, et ce dans de nombreux secteurs industriels car la viscosité influence les conditions d’écoulement des fluides dans les canalisations notamment.

Pour l’industrie alimentaire par exemple, le calcul de la viscosité maximise les coûts et l’efficacité de la production. En se basant sur la viscosité d’un produit, on pourra choisir avec justesse quelles pompes industrielles mettre en place et définir les méthodes adéquates d’écoulement, les temps de séchage, etc. Si l’on songe à l’industrie automobile, les mesures de viscosité sont utiles pour les huiles de moteurs. En effet, la viscosité d’une huile variera selon sa température. Il est donc important de connaître sa viscosité selon qu’elle sera en contact avec un moteur chaud ou froid. Prenons le cas du secteur pétrochimique. L’acheminement du pétrole est très dépendant de la viscosité du produit brut. Selon la température des sols ou des zones traversées, la viscosité du pétrole ne sera pas la même. Il faut prendre en compte cette donnée pour la construction des pipelines par exemple.

En résumé, on peut dire que dans l’industrie, mesurer la viscosité permet :

• D’assurer le bon fonctionnement d’un équipement.
• De caractériser la qualité d’un produit final.
• De dimensionner les équipements.
• De contrôler la progression des réactions chimiques en cours de production.

Concrètement, la société LE GARREC réalise des mesures de viscosité, avec un laboratoire, pour parfaire son dimensionnement.

Comment mesurer la viscosité ?

L’instrument servant à calculer la viscosité d’un fluide s’appelle un viscosimètre. Il existe différents types de viscosimètres et donc plusieurs dispositifs permettant de mesurer la viscosité d’un fluide ou d’un liquide. Ces dispositifs peuvent être à écoulement libre, rotatifs, vibrants, à chute de bille, etc. Il y a deux techniques principales distinctes :

• Soit on calcule le temps (ou la vitesse) de déplacement du fluide d’un récipient à un autre (ou d’un point à un autre).
• Soit on calcule le temps (ou la vitesse) de déplacement d’un petit objet à travers le fluide enfermé dans un récipient.

Par exemple, pour le viscosimètre à écoulement libre, la mesure se fait sur le temps nécessaire à un fluide pour passer d’un point A supérieur à un point B inférieur.

Quelles unités pour la mesure de la viscosité ?

Plusieurs unités de mesure sont utilisées pour mesurer la viscosité. En milieu industriel et dans le Système international (SI), l’unité de mesure de la viscosité dynamique est le pascal-seconde (Pa.s). Le poiseuille (Pl), qui équivaut à un pascal-seconde, est aussi largement répandu pour rendre le taux de viscosité d’un fluide ou d’un liquide. Enfin, on peut rencontrer la poise, notée Po ou P. La poise est égale à un dixième de poiseuille, c’est-à-dire à 0,1 Pa.s.

A titre d’exemples, voici quelques valeurs typiques de viscosité à 20 °C données en millipascal-seconde (mPa.s) :

• Eau : 1 ;
• Mercure : 1,5 ;
• Huile d’olive : 10² ;
• Miel : 10⁴ ;
• Goudron : 10⁶.