La viscosité est un terme scientifique qui décrit la résistance à l’écoulement d’un fluide. Le fluide peut être un liquide ou un gaz, mais le terme est plus communément associé aux liquides. À titre d’exemple simple, le sirop a une viscosité beaucoup plus élevée que l’eau : il faut plus de force pour déplacer une cuillère à travers un pot de sirop que dans un pot d’eau car le sirop est plus résistant à l’écoulement autour de la cuillère. Cette résistance est due au frottement produit par les molécules du fluide et affecte à la fois la mesure dans laquelle un fluide s’opposera au mouvement d’un objet à travers lui et la pression requise pour faire passer un fluide à travers un tube ou un tuyau. La viscosité est affectée par un certain nombre de facteurs, notamment la taille et la forme des molécules, les interactions entre elles et la température.
La mesure
La viscosité d’un liquide peut être mesurée de plusieurs manières par des appareils appelés viscosimètres. Ceux-ci peuvent mesurer le temps qu’il faut à un fluide pour parcourir une distance particulière à travers un tube ou le temps qu’il faut pour qu’un objet d’une taille et d’une densité données tombe à travers le liquide d’intérêt. L’unité de mesure SI est le pascal-seconde, le pascal étant l’unité de pression. Cette qualité se mesure donc en termes de pression et de temps, de sorte que, sous une pression donnée, un liquide visqueux mettra plus de temps à parcourir une distance donnée qu’un liquide moins visqueux.
Facteurs affectant la viscosité
En règle générale, les fluides contenant des molécules plus grosses et plus complexes auront des viscosités plus élevées. Cela est particulièrement vrai pour les longues molécules en forme de chaîne que l’on trouve dans les polymères et les composés hydrocarbonés plus lourds. Ces molécules ont tendance à s’emmêler les unes aux autres, ce qui entrave leur mouvement.
Un autre facteur important est la façon dont les molécules interagissent les unes avec les autres. Les composés polaires peuvent former des liaisons hydrogène qui relient des molécules séparées entre elles, augmentant la résistance globale à l’écoulement et au mouvement. Bien que l’eau soit une molécule polaire, elle a une faible viscosité en raison du fait que ses molécules sont petites. Les liquides les plus visqueux ont tendance à être ceux avec de longues molécules qui ont une polarité notable, comme la glycérine et le propylène glycol.
La température a un effet majeur sur la viscosité, à tel point que les mesures de cette qualité pour les fluides sont toujours données avec des températures. Dans les liquides, elle diminue avec la température, comme on peut le voir si l’on chauffe du sirop ou du miel. En effet, les molécules se déplacent davantage, et passent donc moins de temps en contact les unes avec les autres. En revanche, la résistance au mouvement des gaz augmente avec la température. En effet, à mesure que les molécules se déplacent plus rapidement, il y a plus de collisions entre elles, ce qui réduit la capacité de s’écouler.
Importance pour l’industrie
Le pétrole brut est souvent acheminé sur de longues distances à travers des régions aux températures variables, et le débit en réponse à la pression varie en conséquence. Le pétrole qui traverse l’Alaska est plus visqueux que le pétrole dans les oléoducs du golfe Persique, en raison des différences de température du sol, et par conséquent, il faut appliquer plus de pression pour le maintenir en circulation. Pour résoudre le problème de la force nécessaire pour acheminer l’huile à travers la tuyauterie, des capteurs dans certains tuyaux mesurent la viscosité du fluide et déterminent si une pression plus ou moins grande doit être ajoutée pour maintenir le débit d’huile constant et stable.
Naturellement, l’huile moteur est également sujette à des variations de viscosité lorsqu’elle est chauffée par un moteur. L’huile qui devient trop liquide à cause de la chaleur du moteur ne fonctionnera pas correctement. Pour résoudre ce problème, des polymères sont ajoutés à l’huile pour maintenir les taux de friction constants à des températures plus élevées.
Pertinence pour le volcanisme
La viscosité du magma, ou roche chaude et fondue sous la surface de la Terre, est un facteur important dans l’étude des volcans. La lave qui coule a tendance à entraîner des éruptions plus fréquentes mais moins violentes, car elle s’écoule facilement des chambres magmatiques et du volcan. Il permet également au gaz dissous de s’échapper plus facilement. Un magma plus épais a tendance à piéger ce gaz à haute pression, et plus de force est nécessaire pour éjecter la lave du volcan, permettant à une forte pression de s’accumuler au fil du temps. Lorsque ce type de volcan entre en éruption, il le fait de manière explosive, souvent avec des conséquences catastrophiques.