L'affaire est ketchup? Pas si simple que ça...
les mesures de viscosité
En général, lorsque l'on parle de viscosité, on pense à l'épaisseur d'un liquide, par ex. au versage d'une bouteille de ketchup. Nous savons tous que la température affecte l'écoulement du ketchup. À température ambiante, le ketchup s'écoule bien plus rapidement que lorsqu'il sort du frigo.
La définition la plus juste est toutefois la suivante : la viscosité est la mesure de la résistance d'un fluide à son écoulement ou, plus précisément, le rapport entre la force requise pour surmonter la friction interne existant entre deux couches de fluide (force de cisaillement) et la variation de vitesse entre les deux couches de fluide (taux de cisaillement).
Sir Isaac Newton a réalisé des études de viscosité en lien avec sa deuxième loi du mouvement (F=ma). On parle de fluide newtonien lorsque la viscosité reste constante pendant que la force de cisaillement varie. L'eau en est un exemple. En revanche, le fluide est non newtonien si la viscosité varie lorsque la force de cisaillement ou la température varie, comme, le ketchup. La viscosité change en réponse à l'application d'une force de cisaillement, comme lorsque l'on comprime la bouteille de plastique pour en faire sortir le ketchup. En pratique, la majorité des mesures de viscosité concerne les fluides non-newtoniens.
Connaître la viscosité d'un fluide peut s'avérer très important. Plusieurs mesures de contrôle de la qualité sont basées sur la viscosité. Par exemple, afin d'assurer une qualité constante, un producteur de ketchup doit maintenir une certaine viscosité afin que le consommateur final obtienne le produit auquel il s'attend. La peinture doit pouvoir être appliquée convenablement sans s'égoutter du pinceau. L'encre doit s'échapper de l'ajutage de manière très précise. Dans d'autres cas, la conception des systèmes et équipements doit tenir compte de la viscosité afin d'assurer leur fonctionnement selon les exigences. Le dimensionnement des pompes et mélangeurs dépend de la conception et de la puissance des équipements utilisés pour traiter une viscosité donnée.
Considérez les types de viscosité suivants : cinématique et dynamique. La viscosité cinématique est le rapport entre la viscosité d'un fluide et sa densité ou la résistance d'un fluide à s'écouler sous la gravité. La viscosité dynamique est le rapport entre la force de cisaillement appliquée et le taux de cisaillement d'un liquide ou la mesure de la résistance à l'écoulement du liquide. La viscosité dynamique correspond à ce que l'on désigne communément par viscosité.
De nombreuses autres technologies peuvent être employées pour effectuer des mesures de viscosité pour divers types de fluides et d'unités de mesure.
Viscosimètres à chute de bille
Le viscosimètre à chute de bille mesure la viscosité de fluides; certains modèles peuvent même mesurer la viscosité de gaz. Le concept est décrit à même le nom. Pour calculer la viscosité, l'on utilise une équation basée sur le temps que prend une sphère pour se déplacer à travers un tuyau à l'aie de la force de gravité. Pour de meilleurs résultats, il est recommandé de répéter le procédé à quelques reprises afin d'établir une moyenne. La conception, qui implique de nombreux calculs, permet à ces instruments de fonctionner dans des plages variées et à produire des résultats reproductibles.
Godets de viscosité
Les différentes formes de godets de viscosité utilisent la gravité pour permettre l'écoulement d'un fluide à travers un orifice situé dans le fond. Pour calculer la valeur de viscosité, l'on mesure le temps d'écoulement d'une quantité précise de fluide. Les godets de viscosité les plus connus sont les godets Ford, Ford Dip et Zahn. La température de l'échantillon doit être prise en compte lorsque des huiles standard sont employées pour vérifier l'étalonnage. Ces godets économiques produisent des résultats très fiables. Ils requièrent toutefois des tolérances très strictes au niveau de la température de l'échantillon et obligent l'utilisateur à consigner et à utiliser correctement les résultats.
Consistomètres
Le consistomètre est une gouttière métallique graduée capable de mesurer des matières visqueuses à mesure qu'elles s'écoulent dans un plan incliné sous leur poids. Ils sont principalement utilisés pour mesurer la viscosité de peintures afin d'assurer leur conformité aux spécifications militaires. Les consistomètres fonctionnent aussi dans de nombreuses applications alimentaires comme les sirops, confitures et sauces ainsi que les cosmétiques. La consistance, la viscosité et le débit peuvent tous être comparés par rapport à des étalons établis. Le consistomètre ne lit pas la viscosité directement. Ses mesures se basent sur la distance que peut parcourir un fluide sur un plan incliné sur une certaine période de temps. Une corrélation avec la viscosité peut être établie à l'aide d'étalons reconnus. Les utilisateurs peuvent préparer leurs propres étalons et procédures selon le produit à tester. Bien que les consistomètres ne puissent pas être utilisés avec tous les échantillons, leur convivialité et leur faible entretien font d'eux des outils très répandus.
Viscosimètres à capillaire de verre
Les viscosimètres à capillaire de verre sont utilisés principalement conjointement avec des méthodes d'essais conformes à un ASTM particulier. Une grande variété de viscosimètres à capillaire de verre sont offerts sur le marché, notamment Ubbelhode, Cannon-Fenske, BS/IP/RF U-tube et Zeitfuchs. Ces instruments sont généralement utilisés avec des bains de viscosité afin de maintenir une température stable. Le faible coût de l'instrument combiné à sa précision établie fait de lui une option fort intéressante pour les mesures de viscosité cinématique dans de nombreuses applications, notamment l'asphalte, les lubrifiants et carburants et les polymères.
Viscosimètres utilisant la méthode de vibration du diapason
Avec un niveau de précision de 1 % de la lecture, les viscosimètres utilisant la méthode de vibration du diapason offrent un haut niveau de précision. Ils mesurent la viscosité en détectant le courant électrique requis pour faire résonner deux plaques réceptrices à une fréquence constante. Contrairement à bon nombre d'instruments du passé, l'afficheur numérique de la lecture élimine les incohérences dues au mode de fonctionnement différent de chaque utilisateur. Une petite taille d'échantillon de 10 à 35 ml et une interface PC sont deux caractéristiques intéressantes.
Viscosimètres rotatifs
Les viscosimètres rotatifs conviennent à de vastes plages allant jusqu'aux millions de centipoises et sont considérés comme étant les viscosimètres les plus polyvalents. Leur afficheur numérique et facilité d'utilisation fournissent un haut degré de précision. Une fois les réglages d'hélice et de vitesse établis, une procédure d'essai rédigée par l'utilisateur peut assurer des résultats uniformes. À mesure que l'hélice tourne dans le liquide, un capteur mesure le couple nécessaire pour maintenir le déplacement de l'hélice à vitesse constante. Cette lecture, proportionnelle à la viscosité, est ensuite convertie à une valeur de mesure. Les modèles plus avancés comprennent un logiciel qui fournit des graphiques et tableaux et des données d'enregistrement. Les informations à enregistrer comprennent le numéro de l'hélice, la vitesse en tr/min, la température de l'échantillon et le volume. Les utilisateurs peuvent aussi suivre la gravité spécifique et le couple du fluide en pourcentage.
