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Définition du fluide non newtonien

1930
Scientifique expérimentant la viscosité d'un fluide non newtonien en laboratoire.

Un fluide non newtonien est un fluide dont la viscosité change sous l'effet d'une contrainte de cisaillement appliquée. Contrairement à un fluide newtonien dont la viscosité est constante, ses propriétés d'écoulement ne sont pas décrites par une relation linéaire entre la contrainte de cisaillement ([latex]\tau[/latex]) et le taux de cisaillement ([latex]\dot{\gamma}[/latex]). Cette dépendance peut se manifester comme suit 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.

L'étude de ces comportements d'écoulement complexes est appelée rhéologie. La compréhension des propriétés non newtoniennes d'un fluide est essentielle dans de nombreux processus industriels, depuis le pompage et le mélange jusqu'à l'extraction et l'utilisation de l'énergie. revêtement et le moulage, car les conditions de traitement influencent directement le comportement du matériau.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique

Type

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Utilisation

Une utilisation répandue

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
  • peinture fabrication

Brevets :

NA

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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.

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