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Définition
La viscosité caractérise la résistance interne d’un fluide à l’écoulement ou à la déformation. C’est l’une des propriétés les plus importantes à prendre en compte pour concevoir un mélangeur. On distingue la viscosité dynamique (µ) et la viscosité cinématique (ν), liées par la relation suivante :
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ν – viscosité cinématique (cSt) µ – viscosité dynamique (cP) ρ – masse volumique (g/cm3) |
La viscosité dynamique est la plus utile en mélange, car elle décrit la résistance du fluide à l’écoulement sous cisaillement, alors que la viscosité cinématique décrit sa résistance à l’écoulement sous l’effet de la gravité.
Fluides newtoniens
Dans un fluide newtonien, la viscosité dynamique est le rapport entre la contrainte de cisaillement et le gradient de vitesse. Elle reste constante quelle que soit la contrainte et dans le temps :
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τ – contrainte de cisaillement µ – viscosité dynamique du/dy – gradient de vitesse |
La plupart des fluides peuvent être assimilés à des fluides newtoniens : ce sont ceux que l’on rencontre dans la majorité des applications de mélange.
Viscosimètre à chute de bille
Le viscosimètre à chute de bille se compose d’une petite bille et d’un tube de verre fixe rempli du fluide à tester. On laisse tomber la bille dans le fluide et on mesure le temps qu’elle met pour passer entre deux repères. La viscosité dynamique se calcule ensuite avec la loi de Stokes, à partir des masses volumiques du fluide et de la bille.
Coupes de viscosité
Une coupe de viscosité est un godet muni d’un orifice calibré au fond. On la remplit du liquide et on chronomètre le temps d’écoulement par l’orifice. La viscosité cinématique se calcule ensuite avec les formules ou tables de conversion fournies par le fabricant.
Les coupes de viscosité sont très utilisées dans l’industrie des peintures et revêtements.
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Viscosimètre rotatif
Le viscosimètre rotatif est un instrument plus élaboré. Il fonctionne selon le principe de Searle : le couple nécessaire pour faire tourner un mobile (spindle) dans le fluide à une vitesse donnée est proportionnel à la viscosité du fluide.
La vitesse du mobile est généralement réglable, ce qui fait varier le cisaillement appliqué au fluide. Les viscosimètres rotatifs permettent ainsi de mesurer le profil de viscosité des fluides non newtoniens, dont la viscosité varie avec le cisaillement.
Viscosité des liquides courants
Viscosité absolue indicative de liquides courants, en centipoises (cP), par catégorie de produits. Valeurs données à titre indicatif : elles varient selon la température, la concentration et le fournisseur.
| Liquide | Densité à 16 °C | Viscosité absolue (cP) | Température (°C) | Type de viscosité |
|---|---|---|---|---|
| ● Produits laitiers | ||||
| Beurre | 30 000 | Temp. ambiante | ||
| Beurre de cacao | 0,92 | 50 | 60 | N |
| Beurre désodorisé | 45 | 50 | N | |
| Cottage cheese | 30 000 | 18 | T | |
| Crème aigre | 15 200 | Temp. ambiante | ||
| Crème au beurre aigre | 550 | Temp. ambiante | ||
| Crème caillée (clotted cream) | 20 000 | Temp. ambiante | ||
| Crème double | 120 | Temp. ambiante | ||
| Crème liquide légère | 50 | Temp. ambiante | ||
| Crème, 30 % MG | 1,0 | 14 | 16 | N |
| Crème, 45 % MG | 0,99 | 48 | 16 | N |
| Crème, 50 % MG | 0,98 | 112 | 16 | N |
| Crème, 50 % MG | 55 | 32 | N | |
| Fromage à la crème | 100 000 | Temp. ambiante | ||
| Fromage à pâte molle | 30 000 | Temp. ambiante | ||
| Fromage fondu | 30 000 | 18 | T | |
| Lactosérum | 800–1 500 | Temp. ambiante | ||
| Lactosérum, 48 % de sucre | 800–1 500 | 40 | T | |
| Lait | 1,02–1,05 | 2 | 18 | N |
| Lait concentré | 40–80 | 40–50 | N | |
| Lait concentré sucré | 6 000 | Temp. ambiante | ||
| Lait concentré, 75 % d’extrait sec | 1,3 | 2 160 | 20 | T |
| Lait évaporé | 6 100 | Temp. ambiante | ||
| Matière grasse butyrique | 20 | 65 | N | |
| Œuf entier | 150 | 4,5 | T | |
| Yaourt | 3 000–8 000 | Temp. ambiante | ||
| ● Huiles de poisson et animales | ||||
| Huile d’os | 0,92 | 48 | 54 | N |
| Huile de baleine | 0,93 | 25–39 | 38 | N |
| Huile de cachalot (spermaceti) | 0,88 | 24 | 38 | N |
| Huile de morue | 0,93 | 32 | 38 | N |
| Huile de saindoux | 0,91–0,93 | 40–47 | 38 | N |
| Saindoux | 0,96 | 62 | 38 | N |
| ● Produits alimentaires | ||||
| Aliments pour bébé | 1 400 | 93 | T | |
| Base pour sauce (gravy) | 1,0 | 110 | 80 | T |
| Beurre de cacahuète | 150 000–250 000 | Temp. ambiante | ||
| Bière | 18 | Temp. ambiante | ||
| Bouillie de soja | 5 000–10 000 | 50–90 | T | |
| Chocolat | 280 | 49 | T | |
| Compote de pommes | 1,1 | 500 | 80 | T |
| Concentré de tomate 30 | 195 | 18 | T | |
| Confiture | 8 500 | Temp. ambiante | ||
| Crème anglaise (custard) | 1,6 | 1 500 | 85–90 | T |
| Crème de levure | 20 | 18 | T | |
| Extrait de café 30–40 | 10–100 | 20 | T | |
| Extrait de malt | 1,4 | 3 000 | 60 | T |
| Extrait de malt 80 | 9 500 | 18 | T | |
| Garniture à la confiture | 8 440 | 16 | T | |
| Gélatine | 1 200 | Temp. ambiante | ||
| Gélatine, 37 % d’extrait sec | 1 190 | 43 | T | |
| Glaçage | 10 000 | Temp. ambiante | ||
| Glucose | 1,3 | 4 300–8 600 | 25–30 | T |
| Huile alimentaire | 0,9 | 65 | 20 | N |
| Jus d’orange concentré | 30 °Brix | 630 | 20 | N |
| Jus de fruits | 1,04 | 55–75 | 18 | N |
| Jus de tomate | 180 | Temp. ambiante | ||
| Ketchup | 1 000 | 30 | T | |
| Ketchup | 1 000 | Temp. ambiante | ||
| Levure de bière | 368 | 18 | T | |
| Mayonnaise | 5 000–20 000 | Temp. ambiante | ||
| Mélasse | 5 000–10 000 | Temp. ambiante | ||
| Miel | 1 800–3 000 | Temp. ambiante | ||
| Mincemeat (garniture aux fruits secs) | 100 000 | 30 | T | |
| Pâte à crêpes | 2 200 | Temp. ambiante | ||
| Pâte à frire | 29 500 | 30 | T | |
| Pectine | 300 | 38 | N | |
| Prémix de crème pour biscuits | 29 200 | 18 | T | |
| Préparation pour bouillon | 430 | 18 | T | |
| Préparation pour mousse | 1 200 | 5 | T | |
| Pulpe d’agrumes | 1,27 | 600 | 20 | T |
| Purée de tomate | 50 000 | Temp. ambiante | ||
| Riz au lait | 10 000 | 100 | T | |
| Sauce à la betterave | 1 950 | 76 | T | |
| Sauce à la caroube | 1 500 | 30 | T | |
| Sauce pour pâtes | 1 000 | Temp. ambiante | ||
| Sauce salade (salad cream) | 1 300–2 600 | 18 | T | |
| Sauce tomate | 2 600 | Temp. ambiante | ||
| Sirop d’érable | 150–300 | Temp. ambiante | ||
| Sirop de chocolat | 2 250 | Temp. ambiante | ||
| Sirop de maïs | 15 000 | Temp. ambiante | ||
| Sirop de sucre (saccharose) | 1 210 | Temp. ambiante | ||
| Solution d’amidon 25 % | 300 | Temp. ambiante | ||
| Sorbitol | 1,29 | 200 | 20 | N |
| Vinaigre | 12–15 | 20 | N | |
| ● Carburants et huiles de graissage | ||||
| Fioul n° 4 | 12 | Temp. ambiante | ||
| Huile de graissage | 60–200 | Temp. ambiante | ||
| Huile hydraulique | 30–120 | Temp. ambiante | ||
| Huile machine légère | 150 | Temp. ambiante | ||
| Huile machine lourde | 600 | Temp. ambiante | ||
| Huile moteur SAE 10 | 50 | Temp. ambiante | ||
| Huile moteur SAE 20 | 125 | Temp. ambiante | ||
| Huile moteur SAE 30 | 200 | Temp. ambiante | ||
| Huile moteur SAE 40 | 320 | Temp. ambiante | ||
| Huile moteur SAE 50 | 540 | Temp. ambiante | ||
| Huile moteur SAE 60 | 1 000 | Temp. ambiante | ||
| Huile moteur SAE 70 | 1 600 | Temp. ambiante | ||
| ● Glycols | ||||
| Diéthylène glycol | 1,12 | 32 | 21 | N |
| Éthylène glycol | 1,12 | 18 | 21 | N |
| Éthylène glycol | 16 | Temp. ambiante | ||
| Glycol | 20 | Temp. ambiante | ||
| Propylène glycol | 1,04 | 52 | 21 | N |
| Triéthylène glycol | 1,12 | 40 | 21 | N |
| ● Produits industriels | ||||
| Acide sulfonique | 1,04 | 125 | 30 | T |
| Alcool isopropylique | 2 | Temp. ambiante | ||
| Alcool isopropylique | 1,11 | 1,9 | 85 | N |
| Antigel | 15 | Temp. ambiante | ||
| Benzine | 5 | Temp. ambiante | ||
| Caprinate de polyglycérine | 6 000–7 000 | Temp. ambiante | ||
| Colle acétate | 1 200–1 400 | 20 | T | |
| Colle coulable | 3 000–5 000 | Temp. ambiante | ||
| Colle pour pistolet | 5 000–50 000 | Temp. ambiante | ||
| Cristaux de crésol | 10 | 18 | T | |
| Dioxyde de titane | 5 000 | Temp. ambiante | ||
| Dipropylène glycol | 107 | Temp. ambiante | ||
| Émulsions de nettoyage | 1 500 | Temp. ambiante | ||
| Encre d’imprimerie | 550–2 200 | 38 | T | |
| Encre d’imprimerie liquide | 550–2 200 | Temp. ambiante | ||
| Essence | 8 | Temp. ambiante | ||
| Gazole | 14 | Temp. ambiante | ||
| Glycérine 100 % | 1,26 à 20 °C | 648 | 20 | N |
| Hydroxyde de potassium | 67 | Temp. ambiante | ||
| Kérosène | 10 | Temp. ambiante | ||
| Laque, 25 % d’extrait sec | 3 000 | 18 | T | |
| Mastic | 100 000 000 | Temp. ambiante | ||
| Mastic d’étanchéité | 5 000 000–10 000 000 | Temp. ambiante | ||
| Méthyléthylcétone (MEK) | 4 | Temp. ambiante | ||
| Paraffine | 10 | Temp. ambiante | ||
| Plastisol | 2,5 | 28 000 | 18 | T |
| Polyester | 1,1 à 30 °C | 3 000 | 30 | T |
| Polyisobutylène | 1,09 à 85 °C | 12 500 | 85 | T |
| Polyol non pigmenté | 500–5 000 | Temp. ambiante | ||
| Polypropylène | 240 000 | 50 | T | |
| Résine coulable | 880–975 | Temp. ambiante | ||
| Résine époxy | 5 000–10 000 | Temp. ambiante | ||
| Résine polyester | 3 000 | Temp. ambiante | ||
| Résine PVA | 65 000 | Temp. ambiante | ||
| Résines alkydes | 500–3 000 | Temp. ambiante | ||
| Solution de filage de triacétate | 48 000–60 000 | 40 | T | |
| Solution de polymère | 20 000 | Temp. ambiante | T | |
| Solution de résine | 880 | 24 | T | |
| Solution de résine | 7 100 | Temp. ambiante | ||
| Soude caustique 50 % | 45 | Temp. ambiante | ||
| Soude NaOH 20 % | 1,22 | 1 | 18 | N |
| Soude NaOH 30 % | 1,33 | 1 | 18 | N |
| Soude NaOH 40 % | 1,43 | 20 | 18 | N |
| Toluène | 6 | Temp. ambiante | ||
| ● Peintures et vernis | ||||
| Laque à l’eau | 900 | Temp. ambiante | ||
| Laque, 25 % de pigments | 3 000 | Temp. ambiante | ||
| Latex néoprène | 5 000 | Temp. ambiante | T | |
| Peinture à l’eau | 2 400 | Temp. ambiante | ||
| Peinture latex | 750 | Temp. ambiante | T | |
| Vernis | 320 | Temp. ambiante | ||
| ● Produits pharmaceutiques et cosmétiques | ||||
| Cire | 0,9 | 500 | 93 | T |
| Crème pour les mains | 8 000 | Temp. ambiante | ||
| Dentifrice | 70 000–100 000 | 18 | T | |
| Détergents | 1 470 | 70 | T | |
| Émulsion de latex | 1,0 | 200 | 24 | T |
| Émulsion de paraffine | 1,2 | 3 000 | 18 | T |
| Glycérine | 1 000–2 000 | Temp. ambiante | ||
| Lotion pour les mains | 5 000 | Temp. ambiante | ||
| Sang | 10 | Temp. ambiante | ||
| Savon Arylan | 1,0 à 40 °C | 630 | 60 | T |
| Savon liquide | 85 | Temp. ambiante | ||
| Shampooing | 3 000–5 000 | Temp. ambiante | ||
| Solution savonneuse | 1,03 à 60 °C | 82 | 60 | T |
| Vaseline | 64 000 | Temp. ambiante | ||
| ● Huiles végétales | ||||
| Acide oléique | 40 | Temp. ambiante | ||
| Essence de térébenthine | 0,86 | 2 | 16 | N |
| Huile d’arachide | 0,92 | 38 | 38 | N |
| Huile d’arachide | 100 | Temp. ambiante | ||
| Huile d’olive | 0,91 | 40 | 38 | N |
| Huile de bois de Chine (tung) | 0,94 | 300 | 21 | N |
| Huile de coco | 0,93 | 55 | 24 | N |
| Huile de coton | 0,88 | 62 | 24 | N |
| Huile de lin | 30–70 | Temp. ambiante | ||
| Huile de lin brute | 0,93–0,94 | 29 | 38 | N |
| Huile de maïs | 0,92 | 28 | 57 | N |
| Huile de palme | 0,92 | 43 | 38 | N |
| Huile de ricin | 0,96 | 580 | 27 | N |
| Huile de sésame | 94 | Temp. ambiante | ||
| Huile de soja | 0,93 | 60 | 24 | N |
| Huile végétale | 40 | Temp. ambiante | ||
N Newtonien T Thixotrope (non newtonien) 1 cP = 1 mPa·s Source : Euromixers
Tableau de conversion des coupes de viscosité
Temps d’écoulement en secondes pour chaque coupe de viscosité, en fonction de la viscosité cinématique en centistokes (cSt). Repérez votre coupe et votre temps d’écoulement pour lire la viscosité. Faites défiler le tableau horizontalement pour voir toutes les valeurs.
| Type de coupe \ cSt | 1 | 2 | 3 | 4 | 7,5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 | 300 | 325 | 350 | 375 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1250 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Coupes Shell | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe « Ultra Low » | 53 | 68 | 84 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Shell #1 | 17 | 21,5 | 26 | 35 | 46 | 57 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Shell #2 | 18,3 | 22 | 30,4 | 39 | 47 | 56 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Shell #2.5 | 19 | 25 | 30 | 35,6 | 46,6 | 57 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Shell #3 | 18,6 | 22 | 28,6 | 35 | 42 | 48 | 55 | |||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Shell #3.5 | 17,5 | 20 | 24,6 | 29,2 | 34 | 38,4 | 43 | 47,8 | 59,4 | |||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Shell #4 | 18 | 21 | 24 | 27 | 30 | 37 | 45 | 52 | 60 | |||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Shell #5 | 16 | 20 | 24 | 28 | 32 | 36 | 40 | 44 | 48 | 52 | 56 | 60 | 64 | |||||||||||||||||||||||
| Coupe Shell #6 | 17,5 | 19 | 20,5 | 22,5 | 24 | 25 | 31,5 | 37,5 | 44 | 50 | 56,5 | 63 | 78 | |||||||||||||||||||||||
| Coupes Zahn | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Zahn #1 | 30,5 | 32 | 35 | 38 | 42 | 45 | 52 | 60 | 68 | |||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Zahn #2 | 18 | 19 | 20 | 22,5 | 25 | 28 | 30 | 34 | 38 | 43 | 53 | 63 | 72 | |||||||||||||||||||||||
| Coupe Zahn #3 | 17 | 19,5 | 22 | 24,5 | 27 | 30 | 32 | 35,5 | 38 | 41 | 43 | 45 | 48,5 | 58 | 70 | |||||||||||||||||||||
| Coupe Zahn #4 | 17 | 18 | 19,5 | 21 | 22,5 | 24 | 26 | 28 | 30 | 32 | 38 | 45 | 51 | 54 | 65 | 70 | ||||||||||||||||||||
| Coupe Zahn #5 | 17 | 18,5 | 20 | 21 | 22,5 | 27 | 31 | 35 | 40 | 45 | 49 | 60 | ||||||||||||||||||||||||
| Coupes Ford / ISO / DIN / AFNOR | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Ford #3 | 32 | 37 | 40 | 43 | 53 | 63 | 73 | 83 | 93 | 103 | 113 | 120 | 130 | |||||||||||||||||||||||
| Coupe Ford #4 | 20 | 22 | 25 | 28 | 35 | 40 | 48 | 55 | 62 | 70 | 76 | 82 | 90 | 98 | 103 | |||||||||||||||||||||
| Coupe ISO #4 | 26 | 33 | 39 | 46 | 53 | 60 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe DIN #4 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 | 35 | 40 | 46 | 50 | 56 | 61 | 71 | |||||||||||||||||||||||
| Coupe AFNOR #4 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 | 35 | 40 | 46 | 50 | 56 | 61 | 71 | |||||||||||||||||||||||
| Coupes Norcross | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Norcross #1 | 31 | 36 | 40 | 53 | 70 | 87 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Norcross #2 | 19 | 23 | 28 | 34 | 45 | 55 | 67 | 76 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Coupe Norcross #3 | 17 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 68 | 79 | |||||||||||||||||||||||||
| Coupe Norcross #4 | 18 | 22 | 27 | 32 | 36 | 40 | 44 | 48 | 53 | 57 | 61 | 65 | 68 | 85 | ||||||||||||||||||||||
| Coupe Norcross #5 | 20 | 22 | 26 | 31 | 36 | 41 | 45 | 50 | 62 | |||||||||||||||||||||||||||
Valeurs en secondes. Source : Euromixers.
Influence sur le mélange
La viscosité est l’un des critères les plus importants pour concevoir un mélangeur adapté à une application.
Plus la viscosité est élevée, plus le mélange demande d’énergie : il faut des mobiles plus grands et des moteurs plus puissants. Pour les produits très visqueux, un mobile à faible jeu, comme un mobile à barrière ou un ruban hélicoïdal, peut être nécessaire pour mélanger correctement tout le volume de la cuve.
Mélange laminaire et turbulent
À faible viscosité, le mélange se fait presque toujours en régime turbulent : il est gouverné par les forces d’inertie plutôt que par la diffusion moléculaire, et repose sur les nombreux tourbillons créés par le mobile.
Les hydrofoils et les turbines à pales inclinées sont utilisés à faible viscosité, car ils offrent un fort débit de pompage et créent une forte turbulence dans la cuve.
À haute viscosité, au contraire, le mélange se fait surtout en régime laminaire : les forces visqueuses dominent et étouffent la turbulence, et la diffusion moléculaire devient le principal mécanisme de mélange. Pour la favoriser, le mélange laminaire vise à « couper et replier » le fluide afin d’augmenter la surface de contact entre les différents fluides.
On utilise alors des ancres et des rubans hélicoïdaux, dont la grande surface de contact avec le fluide renforce cette action de « coupe et repli » dans toute la cuve.
Le graphique ci-dessous indique la plage de viscosité adaptée à chaque type de mobile standard.
Parcelle de types d’impulseurs et de leurs viscosités de fonctionnement appropriées
Mélange de fluides non newtoniens
Bien mélanger un fluide non newtonien peut être délicat. Si vous avez une application de ce type et avez besoin d’aide pour choisir un mélangeur, contactez-nous : nos ingénieurs d’application vous conseilleront.
Mélangeurs statiques
La viscosité agit sur les mélangeurs statiques en ligne comme sur les cuves agitées. À faible viscosité, le mélange est assuré par les tourbillons turbulents ; à haute viscosité, il repose toujours sur la diffusion moléculaire et sur le même principe de « coupe et repli » que les cuves agitées décrites ci-dessus.
Des éléments de mélange différents sont utilisés pour les fluides de faible et de haute viscosité, selon les mêmes principes que les mobiles de cuve. Plus la viscosité est élevée, plus les éléments placés dans la conduite doivent être grands et complexes pour mélanger uniformément sur tout le diamètre. La perte de charge augmente, et donc la puissance de pompe nécessaire : comme pour les cuves agitées, les fluides visqueux demandent plus de puissance.
