Rhéologie

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La rhéologie (du grec rheo, couler et logos, étude) est l'étude de la déformation et de l'écoulement de la matière sous l'effet d'une contrainte appliquée.

Le mot rheology (en anglais) a été introduit en 1928 par Eugene Bingham, professeur à l'université Lehigh aux États-Unis, sur une suggestion de son collègue Markus Reiner. Le mot est emprunté à la fameuse expression d'Héraclite d'Éphèse Ta Panta Rei, « Tout s'écoule ». Le mot a été francisé en « rhéologie » en 1943^[1].

Une espèce animale ou végétale « rhéophile » est une espèce aquatique qui vit dans le courant (mer, eau douce, torrents, estuaires).

Domaine d'étude

Dans la pratique, la rhéologie est une extension des disciplines telles que l'élasticité et la mécanique des fluides newtoniens, aux matériaux dont le comportement mécanique ne peut être décrit par ces théories classiques. Elle permet également de déterminer les propriétés mécaniques macroscopiques à partir d'une étude basée sur la structure micro ou nanoscopique du matériau, par exemple la taille moléculaire et l'architecture d'un polymère en solution ou encore la distribution de taille de particules dans une suspension solide.

Mécanique des milieux continus	Mécanique du solide ou Résistance des matériaux	Élasticité
		Plasticité	Rhéologie
	Mécanique des fluides	Fluides non-newtoniens
		Fluides newtoniens

La rhéologie unit des champs d'application apparemment sans rapport, les matériaux plastiques et les fluides non newtoniens, en supposant que les deux types de matériaux sont incapables de supporter une contrainte de cisaillement en équilibre statique, ce qui fait du solide plastique un fluide.

La rhéologie granulaire s'occupe de la description des matériaux granulaires.

Exemples de matériaux concernés

les liquides pâteux : fabrication du verre, industrie agroalimentaire ;
la mise en forme des pièces : injection ou extrusion des polymères et métaux, laminage, forgeage, etc. ;
en géophysique : les glissements de terrain, l'écoulement de la lave et du magma, de lave torrentielle, la convection dans le manteau terrestre ;
en géomécanique : la déformation des fondations ;
en agronomie : le comportement des fruits et légumes sous une contrainte d'écrasement ;
en médecine : le comportement du sang et l'hémodynamique ;
dans l'industrie : les fluides electro-rhéologiques ou magnétoréologiques.

Distinction entre élasticité, viscosité, caractères solide et liquide, plasticité

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On a l'habitude d'associer liquide et visqueux (une huile épaisse est un liquide visqueux) ainsi que solide et élastique (un ressort est un solide élastique). Or, lorsqu'on essaie de déformer un matériau, certaines de ces propriétés se manifestent aux temps courts, d'autres aux temps longs.

Les caractères liquide et solide sont ainsi des propriétés aux temps longs :

si le matériau, après s'être déformé, résiste finalement, c'est un solide ;
si au contraire le matériau finit par s'écouler, c'est un liquide.

Au contraire, les caractères élastique et visqueux (ou les comportements intermédiaires, viscoélastiques) se manifestent aux temps courts :

si la déformation du matériau suit la force ou les contraintes appliquées, alors le matériau est élastique ;
si c'est la dérivée de la déformation par rapport au temps (taux de déformation) qui suit la force ou les contraintes, alors le matériau est visqueux.

Les caractères liquide et solide d'une part, visqueux et élastique d'autre part, sont décelables pour de faibles contraintes appliquées. Si l'on applique une forte contrainte, un matériau qui semblait solide peut se mettre à s'écouler. Il révèle alors un caractère plastique. La plasticité est donc caractérisée par un seuil de contrainte (appelé seuil de plasticité) au-delà duquel le matériau s'écoule.

L'usage veut que l'on parle de solide plastique lorsque le seuil de plasticité est plutôt élevé, et de fluide à seuil lorsque le seuil de plasticité est plutôt bas. Il n'y a cependant pas de différence fondamentale entre ces deux notions.

Références

↑ « Rhéologie », sur le site de l'Encyclopædia Universalis

Voir aussi

Liens externes

Rhéologie et formulation
Qu’est ce que la Rhéologie?
Impact de la rhéologie dans l'industrie
Viscosités de divers liquides en fonction de la température
Conférence expérimentale sur la rhéologie de l'espace Pierre-Gilles de Gennes de l'ESPCI ParisTech

Parmi les revues scientifiques qui traitent de rhéologie :

Journal of Rheology
Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics
Rheologica Acta
Applied Rheology
Korea-Australia Rheology Journal
La Revue Rhéologie - Groupe Français de Rhéologie

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