Chapitre1•Introductionetconceptsfondamentaux
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Fluidesthixotropes
Les fluides thixotropes ont une viscosité qui diminue avec le temps quand on leur
applique une contrainte constante à condition que le phénomène soit réversible.
Après suppression de cette contrainte, on ne retrouve la viscosité initiale qu’après
un certain temps. Les solutions concentrées de polymères et les suspensions en
sont des exemples. De nombreux corps sont à la fois thixotropes, rhéo-fluidifiants
et à seuil. La relation entre thixotropie et propriétés rhéo-fluidifiantes dépend du
rapport entre les temps caractéristiques de réarrangement de la structure interne
du fluide (temps t) et de variation de la contrainte appliquée (temps T). Le rapport
t/T est appelé nombre de Deborah De. Lorsque De <1, le fluide a le temps de
se réarranger lorsqu’on fait varier la contrainte. Pour un fluide rhéo-fluidifiant, la
viscosité apparente diminue avec De mais la valeur obtenue est indépendante de
la durée de la mesure T. Si on enchaîne des charges (augmentation de la vitesse ou
de la contrainte) et des décharges (diminution), la relation t = f (De) est toujours
la même. Pour De >>1, les propriétés rhéologiques évoluent au cours du temps au
fur et à mesure du changement de structure du fluide. Lorsqu’on décrit une suite de
charges et de décharges, on observe un effet d’hystérésis caractéristique de la thixotropie. Les fluides thixotropes ont de nombreuses applications pratiques comme les
peintures et les boues. La viscoélasticité correspond à un comportement intermédiaire entre celui d’un solide et celui d’un liquide. Un exemple est fourni par les
boules de certaines pâtes silicone qui rebondissent élastiquement sur le sol comme
des solides mais s’étalent comme des liquides lorsqu’elles sont posées suffisamment
longtemps sur un plan.
Lorsque m < 1, les fluides sont qualifiés de rhéo-fluidifiants (ou pseudo-plastiques).
Ils s’écoulent même sous une contrainte faible mais ils ont une viscosité apparente qui
diminue lorsque la contrainte croît. De nombreuses solutions de polymères présentent ce
type de comportement qui peut être attribué à des macromolécules entremêlées qui se
séparent progressivement et s’alignent avec l’écoulement. Dans d’autres cas, cela provient
de la disparition des structures qui sont formées par suite de l’attraction entre particules
solides. On peut citer également le sang, le shampooing, les concentrés de jus de fruits,
les encres d’imprimerie, la mayonnaise, le yoghourt, les huiles végétales… Pour des
fluides à seuil (plastiques) appelés aussi fluides de Bingham, il n’y a pas d’écoulement
tant que la contrainte appliquée ne dépasse pas une valeur seuil t s :
τ τ
μ γ
= +
s
P
(1.9)
où m P représente la viscosité plastique. Leur viscosité diminue ensuite si une contrainte
supérieure au seuil est appliquée. On peut citer de nombreuses suspensions concentrées
de solides dans un liquide et certaines solutions de polymères mais aussi le ciment frais,
les pâtes dentifrices ou le concentré de tomate. On introduit souvent la notion de « fluide
de Bingham » qui suppose en théorie une variation linéaire de la déformation avec la
contrainte au-delà du seuil. La loi réelle est plus proche en fait d’une loi de puissance. Ce
comportement est dû à la destruction des structures tridimensionnelles internes du fluide
qui se forment au repos. Par exemple, certaines argiles ont une structure microscopique
9782100549337-Livre.indb 12
31/07/11 12:56
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Fluidesthixotropes
Les fluides thixotropes ont une viscosité qui diminue avec le temps quand on leur
applique une contrainte constante à condition que le phénomène soit réversible.
Après suppression de cette contrainte, on ne retrouve la viscosité initiale qu’après
un certain temps. Les solutions concentrées de polymères et les suspensions en
sont des exemples. De nombreux corps sont à la fois thixotropes, rhéo-fluidifiants
et à seuil. La relation entre thixotropie et propriétés rhéo-fluidifiantes dépend du
rapport entre les temps caractéristiques de réarrangement de la structure interne
du fluide (temps t) et de variation de la contrainte appliquée (temps T). Le rapport
t/T est appelé nombre de Deborah De. Lorsque De <1, le fluide a le temps de
se réarranger lorsqu’on fait varier la contrainte. Pour un fluide rhéo-fluidifiant, la
viscosité apparente diminue avec De mais la valeur obtenue est indépendante de
la durée de la mesure T. Si on enchaîne des charges (augmentation de la vitesse ou
de la contrainte) et des décharges (diminution), la relation t = f (De) est toujours
la même. Pour De >>1, les propriétés rhéologiques évoluent au cours du temps au
fur et à mesure du changement de structure du fluide. Lorsqu’on décrit une suite de
charges et de décharges, on observe un effet d’hystérésis caractéristique de la thixotropie. Les fluides thixotropes ont de nombreuses applications pratiques comme les
peintures et les boues. La viscoélasticité correspond à un comportement intermédiaire entre celui d’un solide et celui d’un liquide. Un exemple est fourni par les
boules de certaines pâtes silicone qui rebondissent élastiquement sur le sol comme
des solides mais s’étalent comme des liquides lorsqu’elles sont posées suffisamment
longtemps sur un plan.
Lorsque m < 1, les fluides sont qualifiés de rhéo-fluidifiants (ou pseudo-plastiques).
Ils s’écoulent même sous une contrainte faible mais ils ont une viscosité apparente qui
diminue lorsque la contrainte croît. De nombreuses solutions de polymères présentent ce
type de comportement qui peut être attribué à des macromolécules entremêlées qui se
séparent progressivement et s’alignent avec l’écoulement. Dans d’autres cas, cela provient
de la disparition des structures qui sont formées par suite de l’attraction entre particules
solides. On peut citer également le sang, le shampooing, les concentrés de jus de fruits,
les encres d’imprimerie, la mayonnaise, le yoghourt, les huiles végétales… Pour des
fluides à seuil (plastiques) appelés aussi fluides de Bingham, il n’y a pas d’écoulement
tant que la contrainte appliquée ne dépasse pas une valeur seuil t s :
τ τ
μ γ
= +
s
P
(1.9)
où m P représente la viscosité plastique. Leur viscosité diminue ensuite si une contrainte
supérieure au seuil est appliquée. On peut citer de nombreuses suspensions concentrées
de solides dans un liquide et certaines solutions de polymères mais aussi le ciment frais,
les pâtes dentifrices ou le concentré de tomate. On introduit souvent la notion de « fluide
de Bingham » qui suppose en théorie une variation linéaire de la déformation avec la
contrainte au-delà du seuil. La loi réelle est plus proche en fait d’une loi de puissance. Ce
comportement est dû à la destruction des structures tridimensionnelles internes du fluide
qui se forment au repos. Par exemple, certaines argiles ont une structure microscopique
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