FLUIDE, physique

Les trois états physiques de la matière tels qu'on les enseigne à l'école primaire sont le solide, le liquide et le gaz. L'état fluide rassemble les deux derniers termes, en soulignant leur parenté. Encore faut-il savoir que l'on parle du nom plutôt que de l'adjectif : une huile très visqueuse est un fluide bien peu fluide ! De fait, c'est la capacité à s'écouler, qui ne veut pas dire absence de viscosité, qui caractérise cet état, dont la frontière avec l'état solide est difficile à établir : vingt-cinq siècles après Héraclite, on peut dire « tout s'écoule » (panta rhei). La rhéologie est la science des écoulements de la matière, qui vont des mouvements très lents du manteau terrestre aux écoulements turbulents de l'air atmosphérique !

En regardant s'écouler du sable entre les doigts ou se soulever une poussière, on peut comprendre de façon simplifiée, comme les philosophes grecs classiques, l'origine microscopique de la fluidité. Dans un solide usuel, les atomes (ou molécules) sont fortement soudés par des liaisons chimiques. Dans un fluide, les molécules en contact entre elles qui composent un liquide, ou celles beaucoup plus distantes d'un gaz, peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres. Il existe de plus une agitation permanente, liée à la température, qui facilite ce mouvement relatif des molécules et transmet les mouvements.

Au plan macroscopique, la première manifestation d'un liquide est la viscosité dont on fait spontanément l'expérience quand, pour tester les caractéristiques d'une huile, on en place une goutte entre deux doigts qu'on déplace parallèlement l'un par rapport à l'autre. Dans cette opération, dite de cisaillement, on évalue la force de résistance au mouvement. Elle est proportionnelle aux aires des surfaces en regard et inversement proportionnelle à la distance entre ces surfaces. Le coefficient de proportionnalité entre la force et la vitesse relative des deux doigts (ou plaques) en regard est la viscosité. En termes plus savants, on dit que la contrai [...]