Définition du fluide non newtonien
A non-Newtonian fluid is one whose viscosité changes under an applied contrainte de cisaillement. Unlike a Newtonian fluid where viscosity is constant, its flow properties are not described by a linear relationship between shear stresser ([latex]\tau[/latex]) and shear rate ([latex]\dot{\gamma}[/latex]). This dependency can manifest as cisaillement (la viscosité diminue avec la contrainte) ou épaississement par cisaillement (la viscosité augmente avec la contrainte).
La différence fondamentale entre les fluides newtoniens et non newtoniens réside dans leur réponse au cisaillement. Pour un fluide newtonien, la relation est linéaire, définie par la loi de Newton sur la viscosité : [latex]\tau = \mu \dot{\gamma}[/latex], où [latex]\mu[/latex] est le coefficient constant de viscosité. Pour les fluides non newtoniens, cette relation n'est pas linéaire et peut dépendre du temps. La viscosité apparente, définie comme [latex]\eta = \tau / \dot{\gamma}[/latex], n'est pas une constante mais une fonction du taux de cisaillement lui-même, [latex]\eta(\dot{\gamma})[/latex].
Ce comportement est dû à la microstructure interne du fluide, telle que les longues chaînes de polymères, les particules en suspension ou les émulsions. Lorsqu'une force de cisaillement est appliquée, ces microstructures peuvent s'aligner, se déformer ou se réarranger, ce qui modifie la résistance du fluide à l'écoulement. Par exemple, dans une solution de polymère (un fluide qui s'amincit sous l'effet du cisaillement), les chaînes de polymère enroulées de manière aléatoire se démêlent et s'alignent dans le sens de l'écoulement sous l'effet d'un cisaillement élevé, ce qui réduit la friction interne et donc la viscosité. Inversement, dans une suspension concentrée comme l'amidon de maïs dans l'eau (un fluide épaississant par cisaillement), les particules peuvent s'agglutiner sous l'effet d'un cisaillement élevé, ce qui augmente considérablement la viscosité.
The study of these complex flow behaviors is called rheology. Understanding a fluid’s non-Newtonian properties is critical in many industrial processes, from pumping and mixing to coating and molding, as the processing conditions directly influence the material’s behavior.
UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique
Perturbation
Fondamentaux
Usage
Utilisation généralisée
Précurseurs
- Loi de la viscosité d'Isaac Newton (1687)
- Études sur les colloïdes et les suspensions par Thomas Graham (années 1860)
- Développement de techniques de viscométrie
- Premières observations d'écoulements anormaux dans des matériaux tels que les boues d'argile et les peintures
Applications
- transformation des aliments (par exemple, ketchup, mayonnaise)
- cosmétiques (par exemple, crèmes, vernis à ongles)
- boues de forage dans l'industrie pétrolière
- gilet pare-balles liquide
- fabrication de peinture
Idées d'innovations potentielles
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Voir aussi : fluide non newtonien, viscosité, contrainte de cisaillement, taux de cisaillement, rhéologie, dynamique des fluides, amincissement par cisaillement, épaississement par cisaillement.