Etude de la viscosité de peintures industrielles (TIPE)

Résumé du document

La viscosité est définie comme la résistance à l'écoulement d'un fluide au sein de la matière. Des données précises sur la viscosité des fluides sont fondamentales pour la science et l'industrie. En effet, la viscosité joue un rôle important dans de nombreux procédés industriels qui mettent en jeu des écoulements de fluides et en particulier dans l'industrie des peintures. Ainsi la mesure de la viscosité sur les produits prêts à l'emploi permet d'éviter des défauts tels que les coulures lors de son application sur une surface et est un facteur de contrôle de fabrication, tandis ce que la mesure continue permet de surveiller et réguler le processus de fabrication de la peinture. Dans ce cadre, je me suis demandé comment varie la viscosité de la peinture en fonction de conditions expérimentales données, de son contrôle lors de la fabrication à l'application sur une surface. J'aborderai ainsi dans une 1ère partie en quoi la peinture est un fluide dont le comportement est particulièrement intéressant de par son caractère non Newtonien. Puis j'étudierai les techniques industrielles de mesures avant de s'intéresser à des essais réalisés dans le laboratoire de test de l'entreprise de peinture F***** que j'ai visité. Je terminerai l'étude sur la confrontation des résultats expérimentaux avec les modèles empiriques établis pour les fluides pseudoplastiques.

[...] Dans ce type d'écoulement (figure 3 c), la viscosité dépend non seulement de la vitesse de cisaillement mais aussi du temps. C'est le cas de certaines peintures qui soumises à un cisaillement à vitesse constante ont leur viscosité qui diminue tant que la durée de cisaillement augmente. Lorsque la contrainte est supprimée, la viscosité remonte à sa valeur initiale. Sur la courbe d'écoulement, on obtient un cycle d'hystérésis, au regard du tracé des courbes, on constate qu'il n'est pas possible de définir rigoureusement la viscosité uniquement sur la base d'un gradient de vitesse mais qu'il faut tenir compte du diagramme dans sa totalité (...)

Extraits

[...] I - La peinture : un fluide non newtonien Définitions : Si le modèle de fluide newtonien décrit bien la très grande majorité des fluides composés de molécules simples comme l'eau, ou certaines huiles, il existe un bon nombre de fluides, dont certains sont d'usage très courant, comme la majorité des peintures, qui ont un comportement plus complexe. Pour les fluides newtoniens, la viscosité est indépendante de la vitesse appliquée à l'écoulement du fluide, ce qui n'est pas le cas des fluides non newtoniens. On définit la viscosité dynamique par : en Pa.s τ est la contrainte de cisaillement en Pa γ gradient de vitesse ou vitesse de cisaillement en s-1 γ = dv/de = épaisseur cisaillée) Qu'est-ce qu'une contrainte de cisaillement ? [...]

[...] Ainsi ce modèle ne permet pas la prévision de l'évolution de la viscosité en fonction du gradient de vitesse. (De plus, ce que ne montre pas la courbe expérimentale est la forte imprécision de ce modèle pour des vitesses de rotation très faible, limité par l'appareil de mesure.) CONCLUSION : L'évolution de la viscosité de la peinture lors de son application sur une surface est le facteur clé qui permet à la peinture d'adhérer sur cette surface. La peinture, en tant que fluide rhéofluidifiant, devient de plus en plus fluide sous agitation croissante : c'est sur ce principe que se base les mesures des viscosimètres de couette. [...]

[...] Pour de faibles contraintes de cisaillement, la viscosité est plus élevée, ce qui facilite le stockage et l'application de la peinture sur des surfaces verticales. La peinture présente parfois, pour de très faibles forces de cisaillement, une viscosité si importante qu'elle induit un seuil d'écoulement qu'il faut dépasser pour que commence le processus d'écoulement proprement dit. On comprend ainsi l'intérêt d'un tel comportement pour éviter toutes coulures ou étalement de la peinture. Mise en évidence expérimentale du caractère non newtonien des peintures: L'effet Weissenberg: L'effet Weissenberg se manifeste dans de nombreux fluides non newtoniens et en particulier pour les peintures. [...]

[...] C'est le cas de certaines peintures qui soumises à un cisaillement à vitesse constante ont leur viscosité qui diminue tant que la durée de cisaillement augmente. Lorsque la contrainte est supprimée, la viscosité remonte à sa valeur initiale. Sur la courbe d'écoulement, on obtient un cycle d'hystérésis, au regard du tracé des courbes, on constate qu'il n'est pas possible de définir rigoureusement la viscosité uniquement sur la base d'un gradient de vitesse mais qu'il faut tenir compte du diagramme dans sa totalité. [...]

[...] Ce modèle est donc une très bonne approximation pour les deux types de peinture. cf : Transparent Limitations du modèle : Même si comme nous venons de le voir ce modèle s'approche au plus près des courbes expérimentales, il ne permet pas de prévoir le comportement de telle ou telle peinture en fonction de ses caractéristique physique : masse molaire, densité . ou chimique : composition de la peinture En effet les paramètres m (ou m') ainsi que n n'ont pas d'interprétation en terme de paramètres microscopiques propres au fluide. [...]