Mesure la résistance interne à la contrainte de cisaillement

La viscosité dynamique (également appelée viscosité absolue) quantifie la force nécessaire pour déplacer une couche de fluide par rapport à une autre. C'est la propriété intrinsèque du fluide lui-même, indépendante de la densité. Des valeurs plus élevées signifient une plus grande résistance.

Formule : τ = μ × (du/dy) où τ = contrainte de cisaillement, du/dy = gradient de vitesse

Unités : Pa·s (SI), poise (P), centipoise (cP). Eau @ 20°C = 1.002 cP

Viscosité dynamique divisée par la densité

La viscosité cinématique mesure la vitesse à laquelle un fluide s'écoule sous l'effet de la gravité. Elle tient compte à la fois de la résistance interne (viscosité dynamique) et de la masse par volume (densité). Utilisée lorsque l'écoulement par gravité est important, comme la vidange d'huile ou le versement de liquide.

Formule : ν = μ / ρ où μ = viscosité dynamique, ρ = densité

Unités : m²/s (SI), stokes (St), centistokes (cSt). Eau @ 20°C = 1.004 cSt

• μ (dynamique) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (densité) = 998.2 kg/m³
• ν (cinématique) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Ratio : ν/μ ≈ 1.0 (l'eau est la référence)

• μ (dynamique) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (densité) = 850 kg/m³
• ν (cinématique) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Note : La cinématique est 18% plus élevée que la dynamique (en raison d'une densité plus faible)

• μ (dynamique) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (densité) = 1,261 kg/m³
• ν (cinématique) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Note : Très visqueuse — 1,400 fois plus épaisse que l'eau

• μ (dynamique) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (densité) = 1.204 kg/m³
• ν (cinématique) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Note : Faible dynamique, haute cinématique (les gaz ont une faible densité)

Norme ASTM D88, largement utilisée en Amérique du Nord pour les produits pétroliers

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (valide pour SUS > 32)

• Mesuré à des températures spécifiques : 100°F (37.8°C) ou 210°F (98.9°C)
• Plage courante : 31-1000+ SUS
• Exemple : Huile SAE 30 ≈ 300 SUS @ 100°F
• Variante Saybolt Furol (SFS) pour les fluides très visqueux : orifice ×10 plus grand

Norme britannique IP 70, courante au Royaume-Uni et dans l'ancien Commonwealth

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (valide pour RW1 > 34)

• Mesuré à 70°F (21.1°C), 100°F, ou 140°F
• Variante Redwood No. 2 pour les fluides plus épais
• Conversion : RW1 ≈ SUS × 1.15 (approximatif)
• Largement remplacée par les normes ISO mais toujours référencée dans les anciennes spécifications

Norme allemande DIN 51560, utilisée en Europe et dans l'industrie pétrolière

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (valide pour °E > 1.2)

• Mesuré à 20°C, 50°C, ou 100°C
• °E = 1.0 pour l'eau @ 20°C (par définition)
• Plage courante : 1.0-20°E
• Exemple : Carburant diesel ≈ 3-5°E @ 20°C

L'expérience de laboratoire la plus longue au monde (depuis 1927) à l'Université du Queensland montre de la poix (goudron) s'écoulant à travers un entonnoir. Elle semble solide mais est en fait un liquide à très haute viscosité — 100 milliards de fois plus visqueux que l'eau ! Seules 9 gouttes sont tombées en 94 ans.

La lave basaltique (faible viscosité, 10-100 Pa·s) crée des éruptions douces de type hawaïen avec des rivières de lave. La lave rhyolitique (haute viscosité, 100 000+ Pa·s) crée des éruptions explosives de type Mont St. Helens car les gaz ne peuvent pas s'échapper. La viscosité façonne littéralement les montagnes volcaniques.

Le sang est 3 à 4 fois plus visqueux que l'eau (3-4 cP à 37°C) en raison des globules rouges. Une viscosité sanguine élevée augmente le risque d'AVC/crise cardiaque. L'aspirine à faible dose réduit la viscosité en empêchant l'agrégation des plaquettes. Le test de viscosité sanguine peut prédire les maladies cardiovasculaires.

Contrairement au mythe populaire, les vieilles fenêtres ne sont pas plus épaisses en bas à cause de l'écoulement. La viscosité du verre à température ambiante est de 10²⁰ Pa·s (un billion de billions de fois celle de l'eau). Il faudrait plus de temps que l'âge de l'univers pour qu'il s'écoule de 1 mm. C'est un vrai solide, pas un liquide lent.

SAE 10W-30 signifie : 10W = viscosité d'hiver à 0°F (écoulement à basse température), 30 = viscosité à 212°F (protection à température de fonctionnement). Le 'W' signifie hiver (winter), pas poids (weight). Les huiles multigrade utilisent des polymères qui s'enroulent à froid (faible viscosité) et se déploient à chaud (maintiennent la viscosité).

Les gerris exploitent la tension superficielle, mais tirent également parti de la viscosité de l'eau. Leurs mouvements de pattes créent des tourbillons qui poussent contre la résistance visqueuse, les propulsant vers l'avant. Dans un fluide à viscosité nulle (théorique), ils ne pourraient pas se déplacer — ils glisseraient sans traction.

Isaac Newton décrit la viscosité dans les Principia Mathematica. Il introduit le concept de 'friction interne' dans les fluides.

Jean Poiseuille étudie le flux sanguin dans les capillaires. Il dérive la loi de Poiseuille reliant le débit à la viscosité.

George Stokes dérive les équations de l'écoulement visqueux. Il prouve la relation entre la viscosité dynamique et cinématique.

Osborne Reynolds introduit le nombre de Reynolds. Il relie la viscosité au régime d'écoulement (laminaire vs turbulent).

Le viscosimètre Saybolt est normalisé aux États-Unis. La méthode de la coupe d'écoulement devient la norme de l'industrie pétrolière.

Le poise et le stokes sont nommés unités CGS. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s deviennent la norme.

L'expérience de la goutte de poix commence à l'Université du Queensland. Toujours en cours, c'est la plus longue expérience de laboratoire de tous les temps.

Le SI adopte le Pa·s et le m²/s comme unités standard. Le centipoise (cP) et le centistokes (cSt) restent courants.

La norme ASTM D445 normalise la mesure de la viscosité cinématique. Le viscosimètre capillaire devient la norme de l'industrie.

Les viscosimètres rotatifs permettent de mesurer les fluides non newtoniens. Important pour les peintures, les polymères, les aliments.

Les viscosimètres numériques automatisent la mesure. Les bains à température contrôlée assurent une précision de ±0.01 cSt.

Sélection d'huile moteur, de fluide hydraulique et de lubrification de roulements :

• Grades SAE : 10W-30 signifie 10W à 0°F, 30 à 212°F (plages de viscosité cinématique)
• Grades ISO VG : VG 32, VG 46, VG 68 (viscosité cinématique à 40°C en cSt)
• Sélection de roulements : Trop fluide = usure, trop épais = friction/chaleur
• Indice de viscosité (VI) : Mesure la sensibilité à la température (plus élevé = meilleur)
• Huiles multigrade : Les additifs maintiennent la viscosité à différentes températures
• Systèmes hydrauliques : Généralement 32-68 cSt à 40°C pour des performances optimales

Spécifications de viscosité pour le carburant, le pétrole brut et le raffinage :

• Fioul lourd : Mesuré en cSt à 50°C (doit être chauffé pour être pompé)
• Diesel : 2-4.5 cSt à 40°C (spécification EN 590)
• Classification du pétrole brut : Léger (<10 cSt), moyen, lourd (>50 cSt)
• Écoulement en pipeline : La viscosité détermine les besoins en puissance de pompage
• Grades de carburant de soute : IFO 180, IFO 380 (cSt à 50°C)
• Procédé de raffinage : Le viscoréduction réduit les fractions lourdes

Contrôle qualité et optimisation des processus :

• Classification du miel : 2 000-10 000 cP à 20°C (selon l'humidité)
• Consistance du sirop : Sirop d'érable 150-200 cP, sirop de maïs 2 000+ cP
• Produits laitiers : La viscosité de la crème affecte la texture et la sensation en bouche
• Chocolat : 10 000-20 000 cP à 40°C (processus de tempérage)
• Carbonatation des boissons : La viscosité affecte la formation des bulles
• Huile de cuisson : 50-100 cP à 20°C (le point de fumée est corrélé à la viscosité)

Peinture, adhésifs, polymères et contrôle des processus :

• Viscosité de la peinture : 70-100 KU (unités Krebs) pour la consistance de l'application
• Revêtement par pulvérisation : Généralement 20-50 cP (trop épais obstrue, trop fluide coule)
• Adhésifs : 500-50 000 cP selon la méthode d'application
• Polymères fondus : 100-100 000 Pa·s (extrusion/moulage)
• Encres d'imprimerie : 50-150 cP pour la flexographie, 1-5 P pour l'offset
• Contrôle qualité : La viscosité indique la consistance du lot et la durée de conservation

La viscosité dynamique (Pa·s, poise) mesure la résistance interne d'un fluide au cisaillement — son 'épaisseur' absolue. La viscosité cinématique (m²/s, stokes) est la viscosité dynamique divisée par la densité — sa vitesse d'écoulement sous l'effet de la gravité. Vous avez besoin de la densité pour convertir entre les deux : ν = μ/ρ. Pensez-y ainsi : le miel a une haute viscosité dynamique (il est épais), mais le mercure a également une haute viscosité cinématique bien qu'il soit 'fluide' (car il est très dense).

Pas sans connaître la densité du fluide à la température de mesure. Pour l'eau près de 20°C, 1 cP ≈ 1 cSt (car la densité de l'eau est ≈ 1 g/cm³). Mais pour l'huile moteur (densité ≈ 0.9), 90 cP = 100 cSt. Notre convertisseur bloque les conversions entre types pour éviter les erreurs. Utilisez cette formule : cSt = cP / (densité en g/cm³).

Les grades de viscosité SAE spécifient des plages de viscosité cinématique. '10W' signifie qu'elle répond aux exigences d'écoulement à basse température (W = winter, testé à 0°F). '30' signifie qu'elle répond aux exigences de viscosité à haute température (testé à 212°F). Les huiles multigrade (comme 10W-30) utilisent des additifs pour maintenir la viscosité à différentes températures, contrairement aux huiles monograde (SAE 30) qui s'amincissent considérablement à chaud.

Les Secondes Universelles Saybolt (SUS) mesurent le temps nécessaire à 60 ml de fluide pour s'écouler à travers un orifice calibré. La formule empirique est : cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (pour SUS > 32). Par exemple, 100 SUS ≈ 21 cSt. Les SUS sont encore utilisés dans les spécifications pétrolières bien qu'il s'agisse d'une méthode plus ancienne. Les laboratoires modernes utilisent des viscosimètres cinématiques qui mesurent directement les cSt selon la norme ASTM D445.

Une température plus élevée donne aux molécules plus d'énergie cinétique, leur permettant de glisser plus facilement les unes sur les autres. Pour les liquides, la viscosité chute généralement de 2 à 10 % par °C. L'huile moteur à 20°C peut être de 200 cP mais seulement de 15 cP à 100°C (une diminution par 13 !). L'Indice de Viscosité (VI) mesure cette sensibilité à la température : les huiles à VI élevé (100+) maintiennent mieux leur viscosité, celles à VI bas (<50) s'amincissent considérablement lorsqu'elles sont chauffées.

La plupart des systèmes hydrauliques fonctionnent de manière optimale entre 25 et 50 cSt à 40°C. Trop basse (<10 cSt) provoque des fuites internes et de l'usure. Trop élevée (>100 cSt) provoque une réponse lente, une consommation d'énergie élevée et une accumulation de chaleur. Vérifiez les spécifications du fabricant de votre pompe — les pompes à palettes préfèrent 25-35 cSt, les pompes à pistons tolèrent 35-70 cSt. L'ISO VG 46 (46 cSt à 40°C) est l'huile hydraulique polyvalente la plus courante.

Il n'y a pas de maximum théorique, mais les mesures pratiques deviennent difficiles au-delà de 1 million de cP (1000 Pa·s). Le bitume/poix peut atteindre 100 milliards de Pa·s. Certaines fontes de polymères dépassent 1 million de Pa·s. À des viscosités extrêmes, la frontière entre liquide et solide s'estompe — ces matériaux présentent à la fois un écoulement visqueux (comme les liquides) et une récupération élastique (comme les solides), ce qu'on appelle la viscoélasticité.

Le poise rend hommage à Jean Léonard Marie Poiseuille (années 1840), qui a étudié le flux sanguin dans les capillaires. Le stokes rend hommage à George Gabriel Stokes (années 1850), qui a dérivé les équations de l'écoulement visqueux et prouvé la relation entre la viscosité dynamique et cinématique. Un reyn (livre-force seconde par pouce carré) est nommé d'après Osbourne Reynolds (années 1880), célèbre pour le nombre de Reynolds en dynamique des fluides.