Introduction:

La mécanique des fluides est incluse dans la mécanique des milieux continus composée de différents domaines regroupés dans ce tableau :

Qu'est ce qu'un fluide :

               1.1 Présentation de la matière :

La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses quatres états  sont l'état solide, l'état liquide,plasma et gazeux. La matière occupe de l'espace et possède une masse. Ainsi, en physique, tout ce qui a une masse est de la matière.

                1.2   qu'est ce qu'un fluide :

       Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles.

   Les particules constitutives d'un fluide ne sont pas liées par des liaisons covalentes (c'est-à-dire de liaison chimique). Dans un gaz, les interactions entre particules sont négligeables, sauf lorsqu'elles se rencontrent (chocs). Dans un liquide, les molécules sont tellement proches qu'il est difficile de comprimer le fluide. Elles interagissent cette fois fortement par l'intermédiaire des forces de van der Waals, des interactions dipôlaires. Ce type d'interaction explique les propriétés physiques et chimiques des liquides.

   Une liaison de van der Waals est une interaction électrique de faible intensité entre atomes, molécules, ou entre une molécule et un cristal. Bien qu'il soit possible de décrire sommairement cette interaction en considérant les forces électriques qui sont présentes entre tous les couples de charges électriques qui forment ces atomes et ces molécules en définitive, c'est un phénomène qui ne peut bien se comprendre que dans le cadre de la physique quantique.

     Les différentes catégories de fluides et leurs propriétés :

Il existe deux grandes catégories de fluides : Les fluides newtoniens et les fluides non newtoniens.

Fluides newtoniens :

Un fluide est dit newtonien lorsque le tenseur des contraintes visqueuses est proportionnel aux tenseur des déformations. Le facteur de proportionnalité se nomme viscosité et celle ci est indépendante du taux de cisaillement. Pour la plupart des fluides usuels dans des conditions standardes, ce modèle est très satisfaisant.

Fluides non newtoniens :

Un fluide est dit non newtonien lorsque le tenseur des contraintes visqueuses n'est pas une fonction linéaire du tenseur des déformations. Autrement dit, lorsque sa vitesse de déformation (ou taux de cisaillement) n'est pas directement proportionnelle à la force qu'on lui applique.                                                                                    Un exemple typique est un mélange épais d'eau et de maïzena (fécule de maïs), dans lequel une main entre aisément à faible vitesse, mais ne peut rentrer à grande vitesse. Ou le ketchup.

En rhéologie (étude des écoulements), il s'agit d'un fluide dont la viscosité η dépend du taux de cisaillement . Concrètement lorsqu'on soumet un tel matériau à une contrainte de cisaillement, la réponse de ce fluide n'est pas proportionnelle, ce qui serait le cas pour un fluide Newtonien. Il existe plusieurs types classiques de fluides non newtoniens. Ils ne sont d'ailleurs pas exclusifs l'un de l'autre, un fluide peut présenter plusieurs des propriétés présentes ci-dessous.

Fluide rhéofluidifiant (Shear thinning en anglais):

Pour ces fluides, la viscosité diminue quand on cisaille de manière plus importante. Cela donne un système de plus en plus fluide, ce qui justifie le nom de "rhéofluidifiant". Le ketchup par exemple :

Fluide à seuil :

Dans ce cas particulier, l'écoulement n'a lieu qu'au delà d'une certaine valeur de contrainte, dite contrainte seuil. Au delà, on peut retrouver un comportement rhéofluidifiant, ou au contraire un comportement newtonien.  

Certaines peintures sont des fluides à seuil.

Fluide rhéoépaississant (en anglais ce sont les Shear Thickening Fluid, dont on parle beaucoup sur ce site) :

C'est un cas plus rare, inverse au cas des rhéofluidifiants. La viscosité augmente lorsqu'on applique un cisaillement. On retrouve ce comportement pour certains polymères associatifs ou des suspensions concentrées.

Comme par exemple le sable mouillé ou le polyéthylène de glycol auquel on ajoute des nanoparticules de silice. Le miel d'eucalyptus est également un fluide rhéoépaississant.

Fluide thixotropes :

Il s'agit d'un comportement particulier où l'on observe une diminution de la viscosité dans le temps pour une même contrainte après un certain délai. On peut également avoir une contrainte seuil pour ces fluides. On observe ainsi des phénomènes d'hystérèse.

Fluide incompressible

Un fluide est dit incompressible lorsque sa masse volumique ρ reste constante dans un écoulement.

Le système eau-maïzena:

c'est le système que nous utiliserons pour nos expériences. Les proportions et les expériences sont décrites dans la partie "nos expériences".

une explication simple du phénomène avant d'entrer dans le détail:

Quand on approche brutalement le doigt sur la pâte "dure-molle", le système eau-maïzena est déséquilibré, l'eau est chassée, il ne reste alors que le solide. Par contre si l'on approche le doigt lentement le système reste en équilibre sous forme d'une pâte molle. En bref la pâte répond aux contraintes qu'on lui applique.

Afin de l'expliquer facilement, on peut faire l'analogie avec l'approche d'un chat. Si l'on arrive en courant près d'un chat (=le doigt s'approche brutalement), le chat s'enfuit (=les molécules d'eau qui s'en vont). Par contre si l'on y va tout doucement, le chat reste (= le doigt qui s'approche doucement).+