Quelle est la différence entre la viscosité dynamique et cinématique ?

La viscosité est une propriété fondamentale des matériaux lors de l’étude de l’écoulement des fluides dans n’importe quelle application. Les deux types de viscosité les plus courants sont dynamiques et cinématiques. La relation entre ces deux propriétés est très simple.

La viscosité dynamique (également appelée viscosité absolue) est une mesure de la résistance interne d'un fluide à l'écoulement, tandis que la viscosité cinématique est le rapport entre la viscosité dynamique et la densité. D'après l'expression ci-dessus, deux fluides ayant la même viscosité dynamique peuvent avoir une viscosité cinématique très différente en fonction de la densité et vice versa. Il n’est donc pas toujours facile de saisir la signification physique des propriétés de ces deux matériaux.

En termes simples, la viscosité dynamique vous donne des informations sur la force requise pour faire circuler un fluide à une vitesse spécifique, tandis que la viscosité cinématique indique la vitesse à laquelle un fluide s'écoule lorsqu'une force spécifique est appliquée.

La résistance interne à l’écoulement du fluide (viscosité dynamique) signifie qu’il existe des forces impliquées dans le déplacement du fluide. Cette force (F) est proportionnelle à :

1) Taux de cisaillement (SR)

2) Superficie (A)

3) Viscosité dynamique (η)

F =ηA ×SR

Dans l'expression ci-dessus (loi de viscosité de Newton), la viscosité dynamique est utilisée comme constante de proportionnalité entre la contrainte F/A et le taux de déformation ou le taux de cisaillement. Une autre façon de considérer la viscosité cinématique est de réaliser qu'elle a un coefficient de diffusion [cm 2 / s]. Pour cette raison, la viscosité cinématique est parfois appelée diffusivité de quantité de mouvement, analogue à la diffusivité thermique et massique. En ce sens, la viscosité dynamique est une propriété plus fondamentale, tandis que la viscosité cinématique est une propriété dérivée.

Historiquement, la méthode de mesure de viscosité de choix était la viscosité cinématique car elle n’impliquait pas de mesurer la force. Dans la plupart des viscosimètres « cinématiques », le débit de fluide est entraîné par la gravité (g). Ces méthodes (capillaire, entonnoir...) mesurent simplement le temps nécessaire à un fluide pour s'écouler à travers une géométrie donnée. Des viscosimètres plus précis reposent sur la mesure de la contrainte de cisaillement à un taux de cisaillement donné. Cela permet une caractérisation plus complète de l'empreinte de viscosité (c'est-à-dire la viscosité par rapport au taux de cisaillement) des fluides complexes non newtoniens.

Une autre différence entre ces deux propriétés est le caractère unique de leurs unités. Les unités de viscosité dynamique sont bien MPa-s en unités SI et équivalentes CP (centimètres) en CGS. D'autre part, les unités de viscosité cinématique les plus courantes sont les unités SI en centimètres par seconde et CGS en centistokes (tube centimétrique), mais cela dépend également de l'industrie ou de l'application si elle est mesurée dans plus d'une unité arbitraire. C'est le cas du Saybolt Universal Seconds (SUS) dans l'industrie pétrolière, où le temps nécessaire à 60 cm3 de fluide pour s'écouler à travers un tube d'étalonnage à 38 degrés est utilisé comme mesure de viscosité. Un autre exemple consiste à utiliser une « tasse » pour mesurer le temps nécessaire à un échantillon donné pour s'écouler à travers un entonnoir d'une géométrie donnée. Ces méthodes sont souvent utilisées comme indicateurs de viscosité car elles ne donnent pas de résultats cohérents pouvant être partagés entre différents laboratoires.

Alors lequel devriez-vous utiliser ? Si vous êtes intéressé par les interactions entre molécules qui peuvent s’expliquer en termes de contraintes mécaniques, alors la viscosité dynamique est plus appropriée. Par exemple, la viscosité dynamique peut déterminer l’effet des changements de formulation sur les interactions moléculaires et la viscosité. En revanche, la viscosité cinématique est devenue la norme dans l’industrie pétrolière en raison de la simplicité du viscosimètre cinématique. Pour cette raison, la viscosité cinématique est plus pratique lorsque l’on s’intéresse aux champs de mouvement et de vitesse du fluide, car elle contient des informations sur la propagation du mouvement provoqué par le frottement.