RHÉOLOGIE

Le mot « rhéologie » (du grec : ῥει̃ν, s'écouler) a été proposé par Eugene Cook Bingham, en 1928, pour désigner « la science qui étudie les déformations et l'écoulement de la matière ». Plus exactement, l'objet de la rhéologie est l'étude du comportement mécanique, c'est-à-dire des relations entre les déformations et les contraintes de la matière. Ensuite, s'appuyant sur la connaissance de ce comportement, on calculera, grâce à la mécanique des milieux continus, la répartition non uniforme des contraintes et des déformations dans un corps sous l'effet des forces extérieures. Dans ses calculs pratiques, l'ingénieur fait appel aux disciplines appliquées, telles la résistance des matériaux et l'hydraulique.

En réalité, la rhéologie a été créée pour répondre aux besoins de la technologie moderne ; les différentes branches de la mécanique développées au xix^e siècle (l'élasticité, la plasticité, la mécanique des fluides) ne sont fondées que sur certains schémas simples de comportement (cf. chap. 2), schémas quelquefois insuffisants pour décrire fidèlement les réponses de la matière réelle. Or, les techniciens qui étudient la transformation des matériaux, leur emploi ou simplement leur transport dans des conduites ont besoin de connaître aussi exactement que possible leurs propriétés mécaniques. Cela explique pourquoi la rhéologie, en tant que discipline, s'intéresse à un éventail considérable de corps : métaux et alliages, plastiques et caoutchoucs, produits pétroliers (bitumes, asphaltes, huiles), sols (sables, argiles, boues), roches (naturelles et artificielles), verres, bois, peintures, mastics, encres d'imprimerie, colles, crèmes pharmaceutiques et cosmétiques, produits alimentaires, substances biologiques.

Les études en rhéologie se situent sur trois voies : il y a d'abord la recherche expérimentale sur les matériaux réels, puis l'étude théorique des diverses formes de lois de comportement (étude macroscopique), enfin, l'influence de la structure de la matière sur ce comportement : molécules, réseau cristallin, grains (étude microscopique).

Généralités

L'expérience quotidienne suggère de distinguer les solides des fluides (liquides et gaz). En principe, le fluide soumis à une pression hydrostatique ne se déforme que d'une quantité finie, tandis qu'une contrainte de cisaillement (cission), même faible, provoque un écoulement indéfini. La déformation d'un solide, au contraire, reste finie dans les deux cas, pourvu que la cission ne dépasse pas un certain seuil.

Cette distinction perd souvent son sens en rhéologie : les matériaux réels se situent fréquemment entre ces deux cas extrêmes, et il est préférable de parler de corps peu déformables (solides au sens habituel) et de corps très déformables (fluides).

Le comportement du même matériau peut être différent selon les conditions de travail : niveau des contraintes, vitesse de charge, durées de sollicitation ou du repos, température, etc. C'est ainsi que l'acier peut présenter, selon les cas, des caractères prépondérants d'élasticité, de viscosité ou de plasticité. Les roches, élastiques-fragiles sous pression atmosphérique, peuvent subir de très fortes déformations plastiques sous haute pression. Les apparences peuvent aussi différer selon les circonstances. À la température ambiante, le brai (résidu de la distillation du goudron) semble solide et cassant pour les essais rapides, mais il coule, à la longue, sur une paroi verticale. La description d'un comportement comprend, ne serait-ce qu'implicitement, les limites de sa validité. L'étude de ces limites : seuil d'écoulement, rupture, fatigue, changements d'état, etc., appartient ainsi au domaine de la rhéologie.

Enfin, les phénomènes mécaniques et[...]