Une expérience dans votre cuisine

Dans la lignée du billet ou je parlais de certains types de matériaux insolites, continuons avec les fluides non-newtoniens, et une expérience amusante à faire dans votre cuisine.

Petites définitions, tout d'abord. Un fluide est dit newtonien s'il a une viscosité constante dans toutes les expériences. Plus précisément, quand le fluide subit un cisaillement, la force nécessaire est proportionnelle à la vitesse de déformation imposée, et le coefficient de proportionalité est la viscosité. D'un point de vue mathématique, la relation est linéaire, ce qui simplifie beaucoup les équations (et pourtant, la mécanique des fluides reste un des domaines de la physique les plus difficiles mathématiquement. Bon nombre d'étudiants en maths appliquées font en fait leur thèse sur un sujet de mécanique des fluides).

Un fluide non-newtonien s'écarte de cette loi : il a un comportement non-linéaire. La viscosité peut, selon les cas, diminuer ou augmenter avec la vitesse de déformation. Dans le premier cas, le fluide est dit rhéofluidifiant : un bon exemple est la peinture qui adhère au pinceau et au mur, mais qui s'écoule lors de l'application. Dans le deuxième cas, il est dit rhéoépaississant : les polymères présentent souvent ce type de comportement, comme la Silly Putty ou l'amidon de maïs. Le comportement peut parfois être encore plus subtil, comme dans les fluides à seuil.

Voilà maintenant l'expérience du jour : la rhéologie dans votre cuisine. Munissez-vous d'un batteur à oeufs électrique, d'un grand bol rempli d'eau, et de farine.

Actionnez le batteur dans l'eau : vous verrez une légère dépression se creuser, comme si l'eau "fuyait" le batteur. Il s'agit simplement de l'action de la force centrifuge.

Ajoutez un peu de farine : le comportement ne change pas, le mélange reste newtonien, comme l'eau.

Ajoutez progressivement de la farine, jusqu'à obtenir un mélange relativement dense. Vous observerez, à partir d'un moment donné, le comportement opposé : le fluide "grimpe" le long du batteur, comme s'il était attiré. Il s'agit de l'effet Weissenberg, appellé "rod-climbing" en anglais, que la décence m'interdit de traduire en français. Il est dû au fait que la pâte de farine, tout comme un bon nombre de fluides non-newtonien, exercent des forces perpendiculaires à la déformation, alors que les fluides usuels se contentent de résister dans la direction parallèle. Ce sont ces forces qui vont justement "tirer" la pâte vers le haut.

PS : grrr, j'avais justement plein d'images à mettre pour illustrer l'article, et Blogger fait des siennes...