Guide des fluides : propriétés, pression et principes

Fluides : définition

Fluide : L'état liquide ne dépend pas d'un état de la matière en particulier, mais plutôt d'un certain comportement de la substance en question. Toutefois, les fluides pour les applications industrielles sont classés en 2 types.

Classification des fluides

• Fluides incompressibles : ce sont ceux pour lesquels l'action d'une force extérieure laisse le volume essentiellement inchangé ; ils transmettent efficacement l'énergie (ex. : liquides).
• Fluides compressibles : ce sont ceux dont le volume peut varier sous l'action d'une force ; dans les accumulateurs, ils constituent d'excellents moyens de stockage d'énergie (gaz et vapeur).

Propriétés des fluides

Propriétés : On distingue deux types de propriétés : qualitatives et quantitatives. Les propriétés quantitatives sont mesurables et possèdent une unité et une valeur numérique (q).

Densité

Densité : c'est la quantité de masse par unité de volume. Formellement : ρ = m / V. Unité : kg/m3.

Densité relative

Densité relative : c'est le rapport de la densité d'une substance à celle d'une substance de référence. Pour les liquides incompressibles, la référence est l'eau distillée à 4 °C ; pour les fluides compressibles, la référence est généralement l'air atmosphérique normal.

Poids spécifique

Poids spécifique : poids par unité de volume. On note souvent γ (gamma) :

• γ = W / V = m·g / V
• γ = g · ρ
• Unité : N/m3

Relations utiles : ρ = m / V — donc V = m / ρ.

Tension de surface

Tension de surface : la tension de surface est représentée comme une membrane élastique de très faible épaisseur, générée à la surface d'un fluide en raison des interactions des forces moléculaires telles que les forces de cohésion et d'adhésion.

Pression

Pression : c'est la force exercée par un fluide, perpendiculaire à une surface donnée. Formellement :

• p = F / A (N/m2 = Pa)
• Pression absolue : p_abs = p_gauge + p_atm

Pression hydrostatique

Pression hydrostatique : étude du comportement des fluides incompressibles au repos. Pour un fluide au repos, la seule variable qui intervient en un point est la profondeur ou la hauteur de fluide au-dessus du point de mesure. La pression hydrostatique s'exprime par :

p_h = ρ · g · h_f

Force hydrostatique

Force hydrostatique : ce sont les forces exercées par un fluide sur une certaine surface. Les surfaces à analyser peuvent être :

• surfaces planes (horizontale, verticale ou inclinée)
• surfaces courbes

Principe de Pascal

Principe de Pascal : il prévoit que la pression hydrostatique générée en un point d'un fluide au repos se transmet intégralement et de façon égale dans toutes les directions. Ce principe produit un effet multiplicateur sur les forces : si la surface augmente, la force augmente proportionnellement ; inversement, si la surface diminue, la force diminue dans la même proportion.

Application pratique : dans des systèmes hydrauliques, la relation entre diamètre et force est quadratique — l'aire d'un piston est proportionnelle au carré du diamètre, donc doubler le diamètre multiplie l'aire et la force par quatre.

Remarques et formules récapitulatives

• ρ = m / V (kg/m3)
• γ = g · ρ (N/m3)
• p = F / A (Pa = N/m2)
• p_abs = p_gauge + p_atm
• p_h = ρ · g · h_f