I] La viscosité et ses critères d’évolution 1)
I] La viscosité et ses critères d’évolution
1)
Viscosité
Lorsqu’une personne touche à des sables mouvants, ils
deviennent moins visqueux et la personne y est vite engloutie. Les particules
de sables sont si faiblement tassées les unes sur les autres que la surface qui
semble solide cède facilement lorsqu’une personne ou un animal la piétine. Le
mélange devient alors subitement moins visqueux et les victimes pénètrent de
plus en plus profondément à l’intérieur. Donc, les sables mouvants semblent
passer du solide au liquide lorsqu’ils sont manipulés,lorsqu’ils subissent une
contrainte.
Si
les caractéristiques d’écoulement de pâtes diffèrent selon le matériau, leurs
propriétés mécaniques résultent de leur constitution commune : le mélange
d’un liquide et de très nombreux grains mous ou durs. Ces grains peuvent être
des particules solides (en suspension, comme les grains de sable), des bulles
(mousse par exemple), ou des gouttelettes (émulsion). Lorsque le nombre des
grains est faible, le comportement est analogue à celui d’un liquide. En
revanche, à mesure que le nombre de grains augmente, le comportement se modifie
et devient inhabituel : les grains se gênent mutuellement au cours des
contraintes imposées au fluide.
2)
Evolution de la viscosité
Plus un liquide est visqueux, plus il s’écoule
lentement. Ainsi le miel est plus visqueux que l’huile, elle-même plus
visqueuse que l’eau. Si le volume des grains placés dans le liquide est bien
inférieur à celui du liquide, sa viscosité moyenne n’est guère différente de
celle du liquide seul. En 1905, Albert Einstein a montré que la différence
relative de viscosité du mélange par rapport à celle du liquide vaut 2.5 fois
la concentration volumique des grains, c’est-à-dire le rapport du volume occupé
par les grains et du volume total du mélange.
On ajoute des grains au mélange. Lorsque la concentration volumique dépasse quelques pourcent, la loi d’Einstein n’est plus valable, et la viscosité augmente de plus en plus rapidement. Cela est logique : pour un volume donné, plus le matériau contient de grains, moins il contient de liquide, de sorte que la facilité des mouvements relatifs des grains diminue. Les forces nécessaires au déclenchement d’un mouvement donné sont alors supérieures : le mélange est d’autant plus visqueux que sa concentration en grains est grande.