Un fluide non newtonien est un fluide dont la viscosité est variable en fonction de la contrainte appliquée. Le fluide le plus connu de ce type est la fécule de maïs dissoute dans l’eau. Contraste avec les fluides newtoniens comme l’eau, dont le comportement peut être décrit exclusivement par la température et la pression, et non par les forces agissant sur elle de seconde en seconde. Ces fluides sont des substances fascinantes qui peuvent être utilisées pour nous aider à comprendre la physique plus en détail, d’une manière passionnante et pratique.
Si vous poinçonnez un seau rempli d’un fluide non newtonien épaississant par cisaillement, la contrainte introduite par la force entrante provoque le réarrangement des atomes du fluide de sorte qu’il se comporte comme un solide. Votre main ne passera pas. Cependant, si vous enfoncez lentement votre main dans le liquide, il pénétrera avec succès. Si vous retirez brusquement votre main, elle se comportera à nouveau comme un solide et vous pourrez ainsi littéralement retirer un seau de liquide de son récipient.
Un fluide non newtonien amincissant par cisaillement se comporte de manière opposée. Dans ce type, le fluide devient plus mince, plutôt que plus épais, lorsqu’une contrainte est appliquée. Aussi appelé pseudoplastique, des exemples de ce type de fluide incluent le ketchup, le dentifrice et la peinture. L’effet ne dure généralement pas longtemps dans l’un ou l’autre type, ne se prolongeant que tant que le stress est appliqué.
Les fluides non newtoniens nous aident à comprendre la grande variété de fluides qui existent dans le monde physique. Les solides plastiques, les fluides à loi de puissance, les fluides viscoélastiques et les fluides à viscosité dépendante du temps sont d’autres qui présentent des relations complexes et contre-intuitives entre la contrainte de cisaillement et la viscosité/élasticité. Cependant, le fluide non newtonien est probablement le plus excitant avec lequel jouer.
Une recherche de fluide non newtonien sur YouTube apporte des résultats intéressants. Dans plusieurs jeux télévisés, les animateurs ou les concurrents traversent de grandes cuves de fluide non newtonien épaississant par cisaillement, capables de les traverser à moins qu’ils ne s’arrêtent – auquel cas ils coulent immédiatement. Lorsqu’ils sont combinés à une plaque oscillante, ces fluides présentent d’autres propriétés inhabituelles, comme des doigts saillants et des trous qui persistent après leur création. Une plaque oscillante applique une contrainte sur une base périodique, changeant rapidement la viscosité du fluide et le plaçant dans un juste milieu entre un liquide et un solide.
Une application pratique pour l’épaississement par cisaillement des fluides non newtoniens pourrait être dans les gilets pare-balles du futur. Étant donné que ces fluides sont généralement flexibles, ils permettraient aux soldats de se déplacer librement lorsqu’ils ne sont pas attaqués. Mais s’ils étaient confrontés à une balle à grande vitesse, ils deviendraient rapidement plus durs, se comportant comme une armure traditionnelle. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour voir si les fluides non newtoniens conviennent à l’armée, mais jusque-là, c’est certainement amusant de jouer avec.