Comment mieux choisir ses produits ? Comprendre la viscosité et ses dérivés

Quelques bases pour comprendre la viscosité :

Cette article a pour but de vulgariser, les termes utilisés sont simplifiés et ne sont pas précis

Définition  de la viscosité

La viscosité peut être définie comme l’ensemble des phénomènes de résistance au mouvement d’un fluide pour un écoulement avec ou sans turbulence.

Autrement dit, la viscosité définit la capacité d’un fluide à s’écouler plus ou moins rapidement.

Il existe plusieurs viscosités : la viscosité dynamique et la viscosité cinématique.

• La viscosité dynamique est plus couramment utilisée, comme dans le domaine des colles.
• La viscosité cinématique est, elle, plus souvent utilisée dans le domaine des graisses.

Imaginons un sirop épais et de l’eau :

• La viscosité dynamique c’est la mesure indiquant à quel point un liquide résiste à l’écoulement. Le sirop a une viscosité dynamique plus élevée que l’eau car il coule plus lentement.
• La viscosité cinématique mesure indiquant à quel point un liquide s’étale facilement. Un liquide avec une faible viscosité cinématique s’étale facilement (comme l’eau), tandis qu’un liquide avec une viscosité cinématique élevée s’étale plus lentement (comme le sirop). Elle s’obtient par la division de la viscosité dynamique par la masse volumique*.

*La masse volumique c’est comme le poids d’un certain volume de liquide. L’eau et le sirop peuvent avoir des poids différents pour le même volume.

Unité  de la viscosité

La viscosité dynamique

Dans le Système international (SI) son unité de mesure est le pascal-seconde (Pa·s), souvent convertie en millipascal-seconde (mPa·s) pour les fluides à basse viscosité. Il est possible que vous trouviez une viscosité dynamique exprimée en poise (Po) ou centipoise (cP) qui est l’ancienne unité du système CGS de la viscosité, encore parfois utilisée.

Pour la suite de cet article, la viscosité dynamique sera exprimée en millipascal-seconde (mPa·s).

La viscosité cinématique

Dans le Système international (SI) son unité s’exprime en mètres carrés par seconde (m²/s) convertible en cm²/s ou mm²/s. Il est également possible de rencontrer des viscosités cinématiques exprimées en stokes (St = cm²/s) ou en centistokes (cSt = mm²/s), unités provenant de l’ancien système CGS pour des valeurs plus pratiques, notamment dans les contextes industriels ou pour des fluides courants.

Mesure  de la viscosité

Test de viscosité :

La viscosité se mesure avec un viscosimètre.

Il en existe deux types, les viscosimètres de « process » et les viscosimètres de laboratoire, le plus courant étant le viscosimètre rotatif de type Brookfield (viscosimètres de laboratoire).

Ce type de viscosimètre fonctionne en mesurant la résistance à la rotation d’un rotor immergé dans le fluide.

Le viscosimètre vibratoire est un autre type de viscosimètre (de « process »). Certains ont la particularité de pouvoir être utilisés dans des environnements industriels difficiles comme les zones explosives, sous haute pression (300 bars) et à haute température (300°C).

Contrairement aux viscosimètres rotatifs, ils peuvent mesurer des fluides très visqueux (1 000 000 mPa·s), colmatant et fibreux grâce à leur fonctionnement à haut taux de cisaillement.

Facteurs à prendre en compte lors d’un test de viscosité :

• Température : La viscosité de la plupart des fluides diminue avec l’augmentation de la température.
• Taux de cisaillement : La viscosité de certains fluides dépend du taux de cisaillement appliqué.
• Homogénéité : Le fluide doit être homogène avant le test. La présence de bulles d’air ou de particules solides peut affecter les résultats du test.

Attention : Il est important de noter que la viscosité est une propriété relative et dépend de la température et du taux de cisaillement (contraintes) appliqués.

En général, la viscosité diminue avec l’augmentation en température.

Pour faire une analogie avec la vie quotidienne, c’est pour cela que l’huile que vous versez dans votre poêle se fluidifie au fur et à mesure que celle dernière monte en température, car sa viscosité diminue.

Comportement thixotrope

La thixotropie est une propriété (rhéologique) particulière de certains fluides ou matériaux qui ont la capacité de voir leurs viscosité varier sous l’effet d’une contrainte.

Un fluide ou matériau est qualifié de thixotrope si, sous une contrainte constante, sa viscosité apparente diminue avec le temps.

Comportement des fluides thixotropes :

• Au repos : Le fluide thixotrope se structure et se solidifie, acquérant une viscosité élevée, semblable à un solide.
• Sous contrainte : Lorsque le fluide est soumis à une contrainte, comme un cisaillement ou une agitation, sa structure se décompose, ce qui diminue sa viscosité et le rend plus fluide.
• Temps de retour : Une fois la contrainte retirée, le fluide reprend progressivement sa structure et sa viscosité initiale sur un certain temps, appelé “temps de retour”.

Exemple : Araldite 2050 PL de Huntsman.

En effet, la Araldite 2050 PL de Huntsman est une colle qui possède un comportement thixotrope, ce qui lui permet d’être utilisé pour des application dans lesquelles d’autres colles seront inefficaces.

• Au repos dans la cartouche, elle est épaisse et ne coule pas facilement.
• Lors de l’application, le cisaillement (contrainte appliqué) du pistolet de dépose la fluidifie, facilitant l’application.
• Une fois appliquée, elle s’épaissit de nouveau pour ne pas couler.

Les bénéfices de son comportement thixotrope se retrouve par exemple lors d’une application à la verticale.

Consistance NLGI

La consistance d’une graisse lubrifiante est la résistance de cette graisse à la déformation. Elle se mesure au moyen d’un pénétromètre et se caractérise par la pénétrabilité des graisses travaillées ou pas. Elle est classée selon une échelle mise au point par le NLGI (National Lubricating Grease Institute), qui donne un indice de consistance NLGI de 000 à 6, indiquant la consistance de la graisse.

Pour résumer vulgairement le test, un plongeur conique de taille et de poids définit est lâché à partir de la surface de la graisse (ayant été lissé), on le laisse pénétrer cette dernière pendant un temps définit, 5 secondes généralement, puis on mesure sa pénétration total, en dixième de millimètres, ce qui lui attribuera alors un indice de 000 à 6.

Voici un tableau classant les différents indice de consistance NLGI avec l’apparence de la graisse portant cette indice :

La viscosité dans la vie courante

Viscosité dynamique :

Voici un tableau comparant les viscosités dynamique et l’apparence de produits de la vie courante à 20°C et sans cisaillement :

0.5 mPa.s	1 mPa.s	~450 mPa.s	2500 mPa.s	10 000 mPa.s	50 000 mPa.s	100 000 mPa.s	250 000 mPa.s	1 000 000 mPa.s	100 000 000 mPa.s
Essence (SP-98)	Eau	Huile moteur SAE-30	Sirop d’érable	Miel fluide	Ketchup	Yaourt nature	Beurre de cacahuète	Miel en rayon	Mastic
–	–	Très fluide	Fluide	Semi-fluide	Auto-nivelant	Semi-pâteux	Pâteux	Mi-dur	Dur

Indice NLGI :

Voici un tableau comparant les indices de consistance NLGI à la consistance de produits de la vie courante :

000	00	0	1	2	3	4	5	6
Ketchup	Purée	Crème de marrons	Mayonnaise	Beurre de cacahuète	Beurre mou	Crème glacée	Caramel mou	Cheddar
Très fluide	Fluide	Semi-fluide	Très molle	Molle	Mi-dure	Dure	Très dure	Extrêmement dure

Pourquoi la viscosité est-elle importante dans le choix des références produits ?

1. Performance du produit :

• Lubrifiants : La viscosité des huiles moteur, par exemple, est cruciale pour assurer une lubrification adéquate du moteur à différentes températures. Une huile trop visqueuse peut ne pas s’écouler correctement à basse température, tandis qu’une huile trop fluide peut ne pas fournir une protection suffisante à haute température.
• Peintures : La viscosité de la peinture influence sa capacité à s’étaler, sa couverture et son temps de séchage.
• Produits alimentaires : La viscosité des sauces, des crèmes glacées et d’autres produits alimentaires affecte leur texture, leur sensation en bouche et leur comportement à la congélation/décongélation.
• Cosmétiques : La viscosité des crèmes, gels et lotions influence leur application, leur absorption et leur sensation sur la peau.

2. Qualité du produit :

• Contrôle de la qualité : La viscosité peut être utilisée comme indicateur de la qualité d’un produit.
• Détection des défauts : Des changements inattendus de viscosité peuvent indiquer une altération d’un produit.

3. Sécurité et ergonomie :

• Sécurité : La viscosité de certains produits peut avoir des implications pour la sécurité.
• Ergonomie : La viscosité d’un produit peut affecter sa facilité d’utilisation. Par exemple, une pâte thermique trop visqueuse peut être difficile à appliquer, tandis qu’un produit trop fluide peut s’écouler trop rapidement et créer des dégâts.

Conclusion

Ces informations montrent clairement que la viscosité est une propriété cruciale pour le fonctionnement optimal de nombreux produits dans différents secteurs industriels. Une compréhension approfondie de la viscosité et de ses effets peut aider à choisir les produits les plus adaptés à des applications spécifiques, garantissant ainsi une performance fiable et durable.

N’oubliez pas que la viscosité est une propriété complexe qui peut être influencée par divers facteurs et n’est que l’un des nombreux facteurs à prendre en compte lors du choix de la référence adaptée à votre application. Contactez-nous pour bénéficier de recommandations et d’information spécifiques à votre besoin.