3 - Propriétés rhéologiques

La rhéologie est une branche de la physique qui étudie l’écoulement ou la déformation des corps sous l’effet des contraintes qui leur sont appliquées, compte tenu de la vitesse d’application de ces contraintes ou plus généralement de leur variation au cours du temps.

3 . 1 - La viscosité

La viscosité est définie comme la résistance à l’écoulement d’un liquide. Beaucoup de matériaux utilisés par les dentistes passent de l’état liquide à l’état solide dans la bouche du patient. Leurs propriétés à l’état liquide sont importantes à connaître afin d’ajuster leur comportement à leur application. Sous l’influence de forces faibles, comme celle de la gravité, certains matériaux vont pouvoir s’écouler : ce sont les liquides. La gravité a permis de rompre les forces liant les molécules. Ces mêmes forces se rétablissent ensuite lorsque le système sera à nouveau en équilibre.

Parfois l’écoulement est très facile car les forces sont extrêmement faibles (l’eau, le mercure, l’alcool…). Si ces forces sont plus importantes et plus nombreuses, alors l’écoulement devient plus lent et la viscosité du liquide est plus élevée.

D’après la théorie des écoulements laminaires, les liquides sont considérés comme un empilement de couches de liquides. Chaque couche est animée d’un mouvement relatif par rapport à la couche voisine. Des forces de frottement F tangentielles apparaissent et sont appelées forces de cisaillement.

Par définition, la viscosité dynamique ou apparente est le rapport entre la contrainte de cisaillement sur le taux de cisaillement. Le système le plus courant fait appel à la rotation d’un cylindre (principe de Searle) dans le liquide dont on souhaite évaluer la viscosité. Il est possible de réguler soit le taux de cisaillement, soit d’imposer la contrainte de cisaillement.

Figure 2 : Schéma du principe de la mesure de la viscosité

Dans le figure 2, une plaque se déplace tangentiellement à la surface d’un liquide de hauteur h selon une force appliquée F. Son déplacement, conséquence de l’application de F, est de ΔL. La surface d’application de la force correspond à l’aire de la plaque A.

La contrainte de cisaillement τ est donnée par la formule :

                                                                   τ = F/A

F étant la force appliquée tangentiellement à la surface du matériau (en Newton)
A étant la surface d’application (en m²)
τ est alors exprimé en Pa

Nous pouvons calculer la déformation :

                                                                  γ = ΔL / h

Δ L est le déplacement (en m)
h est la hauteur du liquide (en m)
y est la déformation (sans unité)
Le taux de cisaillement est la déformation rapportée au temps :                                                             .
                                                             y =  Δ ý / Δt

La viscosité dynamique est donc établie par la formule :

                                                            µ = τ / ^. y = contrainte de cisaillement / taux de cisaillement

L’unité internationale est le Pascal-seconde, Pa.s.
Quelques exemples de viscosités sont donnés dans le tableau 4.

Tableau 4 : Exemples de viscosité

Substance	Viscosité limite à 20°C en milliPascal seconde (mPas)
Eau	1
Lait	5-10
Huile d'olive	100
Huile de machine	1000
Miel	10 000
Bitume	100 000 000

Comme le montre ces exemples, la variation de la viscosité varie par puissance de 10.

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