​Les protections fluides, un pas vers l'avenir ?
Par Tancrède de GUIGNÉ, Marie TOURRÉ, Pierre Nicolas BIZAT et Camille GAZEAU
A/ Un fluide non-newtonien : composant original !
Les fluides peuvent être divisés en deux catégories : les fluides newtoniens, qui respectent les lois de Newton (voir ci-dessous) et les non-newtoniens dont la viscosité change en fonction des contraintes qui leurs sont appliquées. Ce sont ces derniers qui vont attirer notre attention. En effet, leurs caractéristiques peu ordinaires permettent de nombreuses réalisations.
Un fluide est newtonien lorsque sa viscosité (résistance d’un fluide à l’écoulement) est constante. Ces fluides newtoniens sont les plus nombreux : eau, air, ainsi qu’un grand nombre de liquides ou de gaz .
Cependant, il existe une autre catégorie de fluide, les fluides dit non-newtoniens. Ceux ci voient leur viscosité varier en fonction des contraintes mécaniques qui leur sont appliquées.
Le shéma ci dessus montre le taux de cisaillement d’un fluide en fonction de la contrainte de cisaillement subie par le fluide.
Le cisaillement:
On considère le mouvement d’une matière fluide entre deux surfaces planes dont l’une est en mouvement horizontalement (par exemple de la confiture étalée sur une tartine).
Le mouvement est laminaire ( déplacement par couches).
Le cisaillement peut se quantifier avec deux grandeurs :
-La première : le taux de cisaillement. Le taux de cisaillement représente la vitesse de la déformation du fluide.
-La seconde : la contrainte de cisaillement est la force que l’on exerce par unité de surface du fluide.On la calcule : Contrainte de cisaillement=Force appliquée / aire du matériau à la surface.
Pour un fluide non newtonien, le taux de cisaillement est proportionnel à la contrainte de cisaillement car la viscosité est constante.
On peut observer trois types de fluides non-newtoniens :
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Les premiers, les fluides plastiques, ou fluides de Bingham sont des fluides qui agissent comme un solide parfait sous de faible ou très faibles contraintes, mais qui adoptent le comportement d’un fluide visqueux à une contrainte plus élevée ( par exemple la peinture,la mayonnaise ou encore le dentifrice qui sous de faibles contraintes forment des plis et des rides à la surface et qui nécessitent une certaine force pour se liquéfier). Ces fluides ont besoin qu’une contrainte seuil soit dépassé pour qu’ils puissent s’écouler.
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Ensuite, une deuxième catégorie de fluide non newtonien se distingue : les fluides pseudoplastiques ou fluides rhéofluidifiants. Ceux ci voient leur viscosité diminuer à mesure que la contrainte qui leur est appliquée s’intensifie. C’est par exemple le cas du sang. Sous de faibles contraintes de cisaillement, les globules (composants solides dans l’environnement liquide du plasma sanguin) ne s’alignent pas et se déplacent sans positions précise dans l’espace. Cependant, sous une contrainte de cisaillement plus élevé, les globules s’alignent les uns par rapport aux autres, ainsi le sang est fluidifié et peut mieux circuler dans les plus petit vaisseaux sanguins.
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Enfin, il existe une dernière catégorie de fluide non newtonien : les fluides dilatants, ou bien fluides rhéoépaississant. Ceux-ci au contraire ont leur viscosité qui augmente au fur et à mesure que la contrainte de cisaillement augmente. Ces fluides pourraient être utilisés dans le domaine de la protection, ils seront donc le sujet de la sous-partie suivante.