3 . 2  -  Comportement rhéologique des matériaux

Un corps Newtonien (Figure 1) est un liquide qui présente une viscosité constante (quelque soit vitesse de cisaillement ou la contrainte appliquée). L’eau est un corps newtonien.
Un corps non Newtonien est un liquide dont la viscosité mesurée est apparente car elle dépend de la vitesse de cisaillement ou de la contrainte appliquée.
Une autre expression des caractéristiques rhéologiques d’un liquide est obtenue par la formule :

                                                         Contrainte de cisaillement = K(taux de cisaillement)n

        où K et n sont des constantes (à température et pression fixes)

Si n est égal à 1, alors la contrainte de cisaillement est directement proportionnelle au taux de cisaillement. Dans ce cas, la viscosité est constante. Le liquide possède alors un comportement Newtonien.

Figure 3 : Courbes de comportement de différents liquides

Les fluides rhéofluidifiants ou pseudoplastiques ont une viscosité qui diminue si la contrainte ou si la vitesse de cisaillement augmente. Les suspensions de particules asymétriques ont souvent ce comportement : plus on cisaille vite, plus ces particules s’orientent dans le sens de l’écoulement et leurs interactions de frottement diminuent. C’est le cas du sang, des polymères liquides à longue chaîne (figure 3).

A l’inverse, les liquides rhéoépaississants ou dilatants présentent une viscosité qui augmente si la vitesse ou la contrainte de cisaillement augmente. Certains amidons dans l’eau présentent ce comportement.

Les liquides plastiques ne s’écoulent qu’à partir d’une certaine contrainte appelée seuil d’écoulement. Ils sont caractérisés par une contrainte de cisaillement seuil τ c en dessous de laquelle l’écoulement n’est pas possible. Autrement dit, lorsqu’ils sont soumis à une contrainte très faible, leur viscosité est tellement forte qu’ils ne peuvent pas s’écouler spontanément à une échelle de temps acceptable pour l’observateur.

Une pâte dentifrice présente ce type de comportement car il ne s’écoule pas spontanément. C’est la contrainte de brossage qui lui permet de s’écouler.

Un fluide est thixotrope si sa viscosité, à vitesse de cisaillement constante, diminue au cours du temps à condition que ce phénomène soit réversible. Si le phénomène n’est pas réversible, c’est une modification de structure qui est la cause de la baisse de la viscosité en fonction du temps. Parmi les matériaux à application dentaire, nous pouvons citer les ciments eugénate de zinc et les élastomères polyéthers.

Afin de comparer ces corps entre eux on mesure la viscosité limite vers une vitesse de cisaillement nulle. En effet la plupart des liquides présentent un comportement newtonien aux faibles vitesses de cisaillement (Figure 4).

Figure 4 : Mesures de la viscosité de polysaccharides de différentes masses moléculaires en solution aqueuse à 3 % en masse.
Mesures de la viscosité en fonction de la vitesse de cisaillement, réalisées à l’aide d’un Rhéomètre Haake RS 300.
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