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LesUnits
Mcaniques
par Thierry Thomasset
version complte : http://www.utc.fr/~tthomass/Themes/Unites
septembre 2011
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Sommaire_____________________
les units de vitesse 3
vitesse angulaire, frquence de rotation 3
acclration 4
acclration angulaire 5
force
moment d'une force 6
travail, nergie, quantit de chaleur 6
puissance, flux nergtique, flux thermique 10
tension superficielle 12
intensit nergtique 12
contrainte et pression 13
viscosit dynamique ou viscosit 15
viscosit cinmatique 17
mesure de duret 19
rsilience 20
raideur 20
dbit ou flux 20
fluidit
permabilit, permance 22
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Les units mcaniques : 3
Vitessem
mtre par seconde m/skilomtre par heure km/h 1 000 / 3 600 m/s ou 0,277 m/s
nud (international) 1 mille/h soit 0,514 444 m/s
utilis en navigation maritime ou arienne.mach 340 m/s vitesse du son
utilis en aronautique. Concorde vole Mach 2,05
tym. : vient du savantErnst Mach (1838-1916).
unit Bubnoff B 10-6 m / an, soit environ 3,2.10-14m/s
utilise en gologie pour mesurer les dplacementsdes continents.
tym. : vient du gologue Serge von Bubnoff (1888-
1957).
anglo-saxonneknot ou nud kn 1 nmi/hr ou 5,147 73.10-1m/sadmiraltyknot 6 080 ft/hrmile per hour mph 1 mi/hr ou 4,470.10-1m/skine 1 cm/s
Vitesse angulaire, frquence de rotationm
radian par seconde rad/stour par minute tr/min 2! /60 rad/s ou 1,047 197.10-1rad/stour par seconde tr/s 2! rad/s ou 6,283 185 rad/s
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Les units mcaniques : 4
Acclrationm
mtre par seconde
carrem/s2
gn 9,806 65 m/s2
gn n'est pas une unit mais la constante d'acc-lration due la pesanteur terrestre souventarrondie 9,81.
gal Gal 10-2 m/s2
utilis en godsie et gophysique, valeurapproche du millime de la pesanteur terrestre(!1 mgn).
tym. : vient du savantGalile (1564-1642).
Notes...
L'attraction terrestre
La constante d'acclration gn due la pesanteur terrestre a t fixe 9,806 65 m/s2 lors dela IIIe CGPM en 1901. C'est galement au cours de cette confrence que les notions de masseet poids ont t clarifies, le poids P tant une grandeur de la mme nature qu'une force,dfini par le produit de la masse m et de l'acclration terrestregn.
P = m .gn
Cette valeur de 9,81 m/s
2
est approximative pour plusieurs raisons :- la terre n'est pas une sphre parfaite, les ples sont lgrement aplatis ;- le relief est tel qu'aucun point n'a la mme altitude ;- la composition du sol est variable en fonction du lieu ;- la rotation terrestre ajoute une composante, la force centrifuge. Donc la pesanteur varie avec
la latitude.Si la rotation terrestre tait 17 fois plus rapide, la force de gravitation serait insuffisante pour maintenir surterre les habitants situs l'quateur !
Cette variation est connue depuis l'poque de la Rvolution Franaise.En mars 1790, afin d'uniformiser les mesures, Talleyrand propose dedfinir le mtre grce un pendule battant la seconde. Mars 1791, l'ideest abandonne, cause de la variation de gn qui influence sa prioded'oscillation. Le mtre sera donc une barre talon gale au 1/40 000 000 du mridien terrestre.
La rsistance humaine
Le fait d'tre soumis une forte acclration ou dclration provoque des troubles de lacirculation sanguine au niveau du cerveau. Celui-ci manquera de sang dans le premier cas(> 4,5 gn, voile noir) ou au contraire aura un afflux important (< -3 gn, voile rouge). Seuls deshommes suffisamment entrans ou ayant un quipement spcial supportent des valeursextrmes.Des valeurs trs leves d'acclration
peuvent tre supportes condition qu'ellessoient de trs courte dure (25 gn, 0,25 s).
gn (m/s2) lieux
9,8329,809
9,780
plesParis
quateur
acclration dclration
programme Mercurynavette spatialeavion de chassesige jectable
6 gn3925
12 gn23
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Les units mcaniques : 5
Acclration angulaire
radian par seconde
carrerad/s2
Force
newton N Force communicant un corps ayant une masse de1 kg, une acclration de 1 m/s2.
vers 1970, une tentative de franciser la pronon-
ciation en "neuton" choua.tym. : vient du savant anglais sir Isaac Newton
(1642-1727) dcouvreur des lois de la gravitation
universelle.
dyne dyn 10-5 N
Force communicant un corps ayant une masse de1 g, une acclration de 1 cm/s2.
ancienne unit CGS
tym. : vient du grec dunamis, puissance, on leretrouve dans dynamisme.
kilogramme-force kgf 9,806 65 Npond p 9,806 65.10-3N ou 1 gramme-force
on utilise plus souvent le kilopond (1 kgf)
tym. : vient du latinpondus, poids.
sthne sn 103 N
tym. : vient du grec sthenos, force, robuste.
L'asthnie est un manque d'nergie.
anglo-saxonnepoundal pdl 0,138 255 Npound-force lbf 4,448 22 Nlong ton-force ouUK ton-force
2 240 lbf ou 9 964,02 N
short ton-force ouUS ton-force
2 000 lbf ou 8 896,44 N
kip (kilopound) 1 000 lbf ou 4 448,22 N
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Les units mcaniques : 6
Moment dune force
newton-mtre N.m
Travail, nergie, quantit de chaleur
joule J 1 N.m
travail produit par une force de 1 N dont le pointd'application se dplace de 1 m dans la direction dela force.
tym. : vient du savantJames Joule (1818-1889).lectron-volt eV 1,602.10-19 Jwatt-heure Wh 3 600 J
il est autoris dcrire wattheure.erg 10-7 J
travail produit par une force de 1 dyn dont le pointd'application se dplace de 1 cm.
ancienne unit CGS
tym. : vient du grec ergon, travail, action. On le
retrouve dans ergonomie.
calorie cal 4,185 J
travail ncessaire pour lever de 1C latemprature de 1 g d'un corps dont la chaleurmassique est gale celle de l'eau 15C sous lapression atmosphrique de 1013 mbar.
tym. : vient du latin calor, chaleur.Calorie ou kilocalorie Cal ou kcal 4,185.103 J
appele en dittique, grande calorie.
Cf. notes
frigorie fg -4,185.106 J
tym. : vient du latinfrigus, froid
hartree Ha 4,359 744 17.1018 J ou 27,212 eV ou 2 Ryd
appel unit d'nergie en physique atomique etmolculaire.
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Les units mcaniques : 7
tym. : vient du physicien britannique Douglas
Rayner Hartree (1897-1958) .kilogrammtre kgf.m 9,806 65 Jthermie th 4,185.106 J
appele aussi mgacalorie (Mcal).tym. : vient du grec thermos, chaleur.
tonne quivalentcharbon
tec 2,930 76.1010 J ou 7 Gcal
tonne quivalentptrole
tep 4,185.1010 J ou 10 Gcal
tonne de TNT 4,185.109 J ou 1 Gcal
unit dfinie sur la base qu'1 g de trinitrotolune(puissant explosif) dgagerait une nergie de
1 kcal.utilise pour quantifier l'nergie dgage par uneexplosion nuclaire.ex : Hiroshima, 15 kilotonnes de TNT
anglo-saxonnebritish thermal unit Btu 1 055,06 J ou 252 calfoe 1044 J ou 1051 ergs (systme CGS)
utilis en astronomie pour quantifier lnergieproduite par une supernova.Si lactivit actuelle du soleil tait la mme duranttoute sa vie, il produirait 1,2 foe.
tym. : acronyme de 10 puissancefifty-one ergs.
foot pound-force ft.lbf 1,355 82 Jfoot poundal 0,042 14 Jtherm 105 Btu ou 105,506 MJQUAD 1015 Btuton of coal equivalent TCE 29,307 6 GJton of oil equivalent TOE 41,87 GJ ou 11,63 MWh
Notes :
La calorie
La calorie est une unit de mesure de l'nergie thermique. C'est la quantit de chaleurncessaire pour lever de 1C (14,5 15,5C) 1 gramme d'eau sous une pressionatmosphrique normale (101 323 pascals). Son abrviation est "cal".L'unit internationale recommande est le joule, 1 calorie dittique vaut donc 4,18 kJ.
En dittique, on utilise la kilocalorie dont l'abrviation est "kcal" ou parfois "Cal"
nomme grande calorie. Elle traduit :
- l'nergie chimique ncessaire la construction, la destruction ou la rparation de
nos cellules ;
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Les units mcaniques : 8
- l'nergie mcanique ncessaire la contraction de nos muscles, aux battements de notre
cur, aux mouvements respiratoires de nos poumons, nous mouvoir, etc. ;
- l'nergie lectrique ncessaire aux neurones de notre systme nerveux, tant sensoriels
que rflexifs et moteurs ;
- l'nergie thermique maintenant notre corps 37C.
extrait de "Rvlations sur l'homme" Science & Vie n1052 mai 2005.
Comment mesure-t-on les calories d'un aliment ?
Les professionnels de l'agro-alimentaire utilisent largle dite des 4-4-9 pour dterminer la valeurnergtique d'un aliment, c'est--dire qu'un gramme deprotines, de glucides et de lipides correspondrespectivement 4, 4 et 9 kcal pour 100 grammesd'aliment.
exemple ci-dessus : (9 x 4) + (48 x 4) + (35 x 9) = 543 kcal
C'est dans un laboratoire d'analyse que l'on mesure la quantit des lments minraux(calcium, magnsium, potassium...), la teneur en eau, la quantit de protines et de lipides de100 g d'aliment. Les glucides sont obtenus par soustraction.
ATTENTION : la rgle des 4-4-9 peut tre fausse dans certains cas.- Les fibres comme la cellulose sont des glucides non assimilables.- L'alcool est trs nergtique, sa valeur est de 7 kcal/g.- Les acides organiques (acide citrique, acide malique...) ont une nergie de 3 kcal/g.
____________________La rgle des 4-4-9 est une rgle officielle de l'AOAC International, une associationscientifique amricaine mettant des recommandations sur les mthodes d'analyse. L'AOACest reconnu par l'ISO.
Le pouvoir calorifique
Le pouvoir calorifique d'un combustible est l'nergie par unit de masse, dgage sous formede chaleur par la raction de sa combustion. Il s'exprime en joule par kilogramme (J/kg), ilpeut tre volumique est s'exprime alors en joule par mtre cube (J/m3).Dans le domaine de la construction, l'unit d'nergie employe est le kilowattheure.
La combustion produit de la chaleur, du gaz carbonique et de la vapeur d'eau. Or laproduction d'un kilogramme de vapeur requiert 2511 kJ, c'est pourquoi il existe deux types de
pouvoir calorifique.- Le pouvoir calorifique suprieur PCS correspond l'nergie totale dgage;- Le pouvoir calorifique infrieur PCI correspond l'nergie minimale disponible.
PCS = PCI + chaleur latente d'vaporation
Dans le cas d'une chaudire de chauffage dite " condensation", il est possible de rcuprer l'nergie dechaleur latente d'vaporation en condensant la vapeur d'eau avant qu'elle ne s'chappe par le conduit dechemine. Les professionnels font tats de rendements suprieurs 100% en faisant le rapport (PCI +nergie rcupre/kg de vapeur) / PCI.
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Les units mcaniques : 9
Chaque combustible possde un rapport PCS/PCI propre.
Remarques :Le taux d'humidit du bois faitchuter trs rapidement la
quantit d'nergie dgage utile.Le stre de feuillus sec possdeun pouvoir calorifique d'environ1580 kWh.
Le bois a un pouvoir calorifique trs variable en fonction des essences et surtout de l'humiditdifficile estimer. Les granuls ou pellets ont une teneur en eau contrle.On considre que 220 kg de granuls ont un pouvoir calorifique de 100 kWh, soit l'quivalentde 0,75 stre de bois ou 100 L de fuel domestique.
@ consulter :http://www.reka-france.fr/index.php?option=com_content&task=view&id=18&Itemid=40
pouvoir calorifique moyencombustible PCS/PCI kWh/m
3 kWh/kg
fuel domestiquegaz naturel
butanepropanecharbongranuls bois (5% hum.)bois (20% hum.)bois (30% hum.)
1,0701,111
1,0841,0881,052
10 00011
3324
11,810,8
13,212,88,55,24,33,2
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Les units mcaniques : 10
Puissance, flux nergtique, flux thermique
watt W 1 J/s
tym. : du nom de l'ingnieur cossaisJames Watt(1736-1819).
cheval CUNA ch CUNA 735,498 75 W
tym. : signifie "Commissione Unificazione e Nor-
malizzazione Autoveicoli", utilis autrefois par les
constructeurs automobiles italiens.
cheval DIN ch DIN 735,498 75 W
tym. : signifie " Deutsche Industrie Normen",
utilis autrefois par les constructeurs automobiles
allemands.
cheval fiscal cv ATTENTION : La puissance fiscale ou admi-nistrative n'est pas une unit de puissance. Elledtermine la tranche fiscale d'un vhiculeautomobile et s'exprime en chevaux fiscaux.Au 1er juillet 1998 :
P cv = rejet CO2 g/km/45 + (P kW/40)1,6
cheval SAE ch SAE 735,498 75 W
tym. : signifie "Society of Automotive Engineers",
utilis autrefois par les constructeurs automobilesamricains.
cheval vapeur ch 735,498 75 W
puissance ncessaire pour soulever environ 75 kgsur une hauteur de 1 m durant 1 s.
var var 1 Wancienneerg par seconde erg/s 10-7W
ancienne unit CGS
poncelet 980,665 Wpuissance ncessaire pour dplacer 100 kg sur unedistance de 1 m durant 1 s.introduit en 1919.
tym. : du nom du mathmaticien franais Jean-
Victor Poncelet (1788-1867).anglo-saxonneBritish thermal unit perhour
Btu/hr 0,293 07 W
foot pound-force persecond 1,355 8 W
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Les units mcaniques : 11
foot poundal persecond
0,042 14 W
horse power (UK) ouBPH
HP 745,699 W ou 1,0139 ch ou 550 lbf.ft/s
puissance fournie par un cheval pour soulever
verticalement de 10 pieds une charge de 55 livres.tym. : BPH signifie "British Horse Power", utilis
autrefois par les constructeurs automobiles
britanniques.
La puissance dans le domaine des automobiles
Aujourd'hui, la puissance motrice d'une automobile en ordre de marche s'exprime en kilowatt.
Autrefois, selon le pays, mme si le cheval utilis avait la mme valeur, la notion de calcul dela puissance tait diffrente.
- cheval DIN : puissance transmise l'arbre moteur d'un vhicule en ordre de marche.- cheval SAE : puissance d'un moteur sur banc d'essai avec un minimum d'accessoires (pas
d'alternateur, de ventilateur...), videmment suprieure la puissance DIN.(SAE en franais pourrait signifier Sans Aucun Equipement)
- cheval CUNA : puissance d'un moteur sur banc d'essai sans aucun accessoire.- BHP : les britanniques avaient leur unit propre valant 1,0139 ch.
La puissance fiscale chre nos concitoyens ne sert qu'au calcul du cot de la vignette et de lacarte grise, le mot puissance devrait tre remplac par taxe.
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Les units mcaniques : 12
Tension superficielle
newton par mtre N/m 1 kg/s2
Intensit nergtique
watt par stradian W/srlangley Ly 1 cal/cm2
ancienne unit CGS
tym. : vient du savant Samuel Langley (1834-
1906).
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Les units mcaniques : 13
Contrainte et pression
La contrainte est un vecteur dirig comme la force. Elle peut tre oblique : s'il est normal,on le nomme pression ; s'il est tangentiel, on le nomme cission.
pascal Pa 1 N/m2
En mtorologie, on utilise l'hectopascal (hPa), trsproche du millibar.
tym. : vient du savantBlaise Pascal (1623-1662).
atmosphre atm 1 015 mbar ou 1,013 25.105 Paatmosphre technique at 9,806 65.104 Pabar bar 105 Pa
autrefois appel hectopize (hpz)Cette unit ne doit tre utilise que pour la mesurede pression de fluides.
tym. : vient du grec baros, poids, pesanteur.
barye b 1 dyne/cm2 soit10-1 Pamillimtre d'eau mm H2O 9,806 65 Papize pz 1 sthne/m2 soit 103 Pa
tym. : vient du grecpiezein, comprimer.
torr oumillimtre de mercure
Torr,mm Hg 1 mm de Hg 0C soit 1,333 22.10
2
Pa1 atm = 760 torrs
Cette unit ne doit tre utilise que pour desmesures de pression sanguine ou fluide corporel.On l'utilise malgr tout encore dans le domaine duvide.
tym. : vient du savant Evangelista Torricelli
(1608-1647).
kilogramme force par
centimtre carr
kgf/cm2 0,98 bar ou 9,8.104 Pa
anglo-saxonnebaryl 1 dyne/cm2 ou 10-1 Painch of water in H2O 2,490 89 .10
2 Painch of water column inwc 2,490 89 .102 Pa
utilis dans le cas de dpressionfoot of water ft H2O 2,989 07.10
3 Painch of mercury in Hg 3,386 39 .103 Paounce-force* per
square inch
4,309 23 .102 Pa
pound-force* per lbf/in2 ou 6,894 76.103 Pa
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Les units mcaniques : 14
square inch psipound-force* persquare foot
lbf/ft2 47,880 3 Pa
long ton per squareinch
1,544.107 Pa
kilopound-force* persquare inch oukip per square inch
ksi, kip/in2 1000 psi ou 6,894 76.106 Pa
(*) ATTENTIONll arrive frquemment que le mot "force" soit omis. ex : pound per square inch (psi)
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Les units mcaniques : 15
Viscosit dynamique ou viscosit
pascal-seconde Pa.s 1 N.s/m2
Viscosit dynamique d'un fluide dans lequel lemouvement rectiligne et uniforme, dans son plan,d'une surface plane, solide, indfinie, donne lieu une force retardatrice de 1 newton par mtre carrde la surface en contact avec le fluide homogne etisotherme en coulement relatif devenu permanent,lorsque le gradient de la vitesse du fluide, lasurface du solide et par mtre d'cartement normal ladite surface, est de 1 m/s.
poise, centipoise P ou PocP ou cPo
10-1 Pa.s
1 g/cm.s en unit CGS.On rencontre frquemment la centipoise (10-2 P ou10-3 Pl) et autrefois la myriapoise (104 P).
Le dcret 2003-165 du 27/2/2003 a confirml'interdiction de l'utilisation de la poise depuis le31/12/1985.
tym. : apocope de Poiseuille, scientifique franais
poiseuille Pl 1 Pa.s
1 kg/m.s en unit MKS.tym. : vient du savant Jean Louis Poiseuille
(1797-1869).
dyne-seconde parcentimtre carr
1 dyn.s/cm2 = 0,1 Pa.s ou 1P
sthne seconde parmtre carr
1 sn.s/m2 = 103 Pa.s ou 104 P
kilogramme force-seconde par mtrecarr
1 kgf.s/m2 = 9,806 65 Pa.s
anglo-saxonnereyn 1 lbf.s/in2 soit 6,895.103 Pa.s
tym. : apocope de Osborne Reynolds (1842-1912),
on prononce "ren".
pound force-second persquare inch
1 lbf.s/in2 = 6,895.103 Pa.s ou 1 reyn
pound force-second persquare foot
1 lbf.s/ft2 = 47,880 26 Pa.s
poundal-second persquare foot
1 pdl.s/ft2 = 1,488 164 Pa.s
slug per inch-second 1 slug/in.s = 574,563 Pa.s
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Les units mcaniques : 16
slug per foot-second 1 slug/ft.s = 1 lbf.s/ft2 ou 47,880 26 Pa.spound per inch-second 1 lb/in.s = 17,857 968 Pa.spound per foot-second 1 lb/ft.s = 1,488 164 Pa.s
La viscosit dynamique
Lorsqu'un fluide s'coule, l'ensemble que l'onpeut considrer comme plusieurs couches nes'coule pas la mme vitesse.Soit 2 couches successives d'paisseur dhappeles 1 et 2, de surface S et se dplaantrespectivement la vitesse V1 et V2 telle queV2 > V1. Il existe une force F liant ces couches,dfinie par la relation :
F = " . S . dV / dho " est le coefficient de viscosit dynamique.
ATTENTION, la viscosit dynamique varie avecla temprature.
Il existe deux types de fluides :- Les fluides newtoniens satisfont la loi de Newton. Ils ont un coefficient de viscositindpendant du gradient de vitesse. Cest le cas des gaz, vapeurs et liquides purs de faiblemasse molaire.- Les fluides non-newtoniens sont des solutions de polymres, des pures, des gels, des boues,du sang, la plupart des peintures... Ltude de ces fluides relve de la rhologie.
Autres viscosits
Viscosit Brookfield
Cette viscosit est mesure par la torsion d'un ressort engendre par la rotationd'un disque dans un fluide. La plage de mesure du viscosimtre est dterminepar la vitesse de rotation du disque, sa dimension et forme, le couple du ressort etla temprature.La viscosit est mesure en centipoises ou millipascals-seconde.
La mesure de la viscosit apparente ou Brookfield des plastiques ou rsines l'tat liquide ou en mulsion ou dispersion fait l'objet de la norme internationale
ISO 2555 (1989).La mthode ASTM D 2983 dcrit la mesure de la viscosit des lubrifiants bassetemprature.
@ consulter
- Cours de Lubrification de J. Frne - Universit de Poitiers (chapitre 2.pdf)http://www.unit-c.fr/Members/jfrene/learningfolder/learningfolder.2004-09-06.4824401941/learningfolder.2004-09-06.5902402415/learningfile.2004-09-06.4091717745/attachment_download/file
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Les units mcaniques : 17
Viscosit cinmatique
mtre carr par
secondem2/s 1 m2/s
Un fluide dont la viscosit dynamique est de 1 Pa.set la masse volumique de 1 kg/m3 possde uneviscosit cinmatique de 1 m2/s.
stokes, centistokes St, cSt 10-4 m2/s ou 1 cm2/s
ancienne unit CGS.On rencontre frquemment le centistokes cStvalant 10-2 St ou 1 mm2/s. L'eau 20C a uneviscosit d'environ 1 cSt.
Le dcret 2003-165 a confirm l'interdiction del'utilisation du Stokes depuis le 31/12/1985.
tym. : vient du savantGeorge Stokes (1819-1903).
anglo-saxonne
lentor 1 St
ancien nom du stokes
tym. : du latin lentor signifiant souplesse,
viscosit.
square inch per second 1 in2/s = 6,451 6.10-4 m2/s
square foot per second 1 ft2/s = 9,293 04.10-2 m2/s
La viscosit cinmatique
La viscosit cinmatique # caractrise la vitesse d'coulement d'un fluide dans un tubecapillaire. Elle est dfinie comme le quotient de la viscosit dynamique " d'un fluide par samasse volumique $.
# = " /$
Il existe galement d'autres units dfinies l'aide de viscosimtres dits empiriques, soit par ladure l'coulement, travers un orifice d'une certaine quantit d'un fluide, soit par le quotient
de la dure d'coulement par celle d' un autre fluide de rfrence.
Viscosit Engler
Le viscosimtre Engler permet la mesure du temps d'coulement de 200 cm3 de fluide.Le degr Engler (E) est le quotient de ce temps par celui rsultant de l'coulement de200 cm3 d'eau 20C sans autre force que celle de la pesanteur. C'est une unit sansdimension.Utilis en Europe dans le domaine des huiles et hydrocarbures, il a t abandonn en 1978.On le rencontre encore sur les bidons d'huile moteur automobile 10Wxx.
Correspondance entre degr Engler et centistokes.
Viscosit (cSt) = 7,581E - 2,305
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Les units mcaniques : 18
Viscosit Saybolt ou Saybolt Universal Viscosity (SUV)
On mesure le temps en secondes ncessaire 60 cm3 de fluide pour passer dans un orifice duviscosimtre Saybolt universel une temprature donne et dans des circonstances
spcifiques (mthode ASTM D88). L'unit est la seconde (Saybolt Universal Seconds SUS ouSeconds Saybolt Universal SSU).La viscosit Saybolt est utilise aux USA dans le domaine commercial des lubrifiants.
Viscosit Saybolt Furol
Dure en secondes (Seconds Saybolt Furol SSF), ncessaire l'coulement de 60 cm 3 defluide dans un tube capillaire des tempratures donnes entre 20 et 110C. Cette mthodeconvient des huiles viscosit leve comme les huiles pour botes de vitesses etengrenages, et les huiles lourdes (mthode ASTM D88).
Viscosit Redwood
Cette viscosit est caractrise par la dure d'coulement en secondes de 50 cm3 d'huile dansun viscosimtre Redwood standard une temprature donne (mthode IP 70). Il existe deuxtypes de viscosimtres (standard et admiralty) selon que le dbit est infrieur ou suprieur 2000 secondes.La viscosit Redwood est utilise en Grande Bretagne.
Autres anciennes viscosits :La viscosit Barbey (degr) se mesure en mL/h alors que les viscosits Demmler, FordCup,Gardner, NarshFunnel, ParlinCup, MacMichael, ZahnCup, Sormerload, PrattandLambert... se mesurent en secondes.
@ consulter
Les facteurs de correction (Pump Handbook)http://www.rampump.com/handbook/conversion.html
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Les units mcaniques : 19
Mesure de duret
AVERTISSEMENT : La duret est un indicateur d'une caractristique mcanique d'unmatriau qui dpend essentiellement d'un mode opratoire prcis. Les valeurs des units
employes, bien qu'identiques, ne sont comparables que pour une mthode donne.
La duret (MPa) est exprime par le rapport, affect d'un coefficient, de la charge (N) lasurface de l'empreinte (mm2).
Mthode consistant appliquer sur une surface lgrement polieduret Brinell MPa - une bille en acier spcial trs dur (diamtre
10 mm, charge 3 000 kg max).
tym. : du nom deJohannes Brinell (1849-1925).
duret Knoop MPa - pyramide en diamant trs aplatie baserectangulaire (charge max 100 g).
tym. : du nom de Frederick Knoop ().
duret Vickers MPa - un diamant pyramidal dont l'angle au sommetentre deux angles opposs est de 136, sous unecharge dtermine (1 120 kg).
tym. : du nom de la socitVickers en Angleterre,
o la mthode fut dveloppe vers 1920.
La duret (MPa) est exprime par le rapport, affect d'un coefficient, de la charge (N) laprofondeur de l'empreinte (mm).
Mthode consistant appliquer sur une surface lgrement polieduret Rockwell - une bille ou un diamant conique de 120 d'angle
au sommet ayant une extrmit sphrique de0,2 mm de diamtre.
chelle de Mohs chelle de duret dfinie par l'aptitude rayer.Si une pierre est capable d'en rayer une autre, elleest donc plus dure.1-2 : pierres tendres3-6 : duret moyenne.L'lment le plus dur tant le diamant, 10 et le plustendre le talc, 1.
tym. : du nom de Friedrich Mohs (1773-1839).
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Les units mcaniques : 20
Rsilience
joule par mtre carr J/m2mesure la rsistance des matriaux aux chocs
Raideur
newton par mtre N/mmesure la rsistance des matriaux la flexion.
Dbit ou flux
mtre cube par
secondem3/s
litre par seconde L/s 10-3m3/slusec 10-3m3/s
sous une pression de 0,133 322 Pa ou 1 m Hg soit1,33.10-4 Pa.m3/s ou watt
clusec 10-5m3/s ou 10-2lusecun clusec reprsente un flux de 10 mL/s lapression de 1 m Hg.
tym. : acronyme de centi-lusecsverdrup 10-6m3/s
tym. : du nom de l'ocanographe norvgien
Harald Ulrik Sverdrup (1888-1957).
anglo-saxonnesccm 1,666.10-8m3/s
0C et pression atmosphrique standard soit :1,66.10-3Pa.m3/s ou 1,27.10-2torr.L/s
utilis dans le domaine du vide
tym. : sccm signifie standard centimtre cube par
minute.
sim 103 sccm ou 1,666.10-5m3/scumec 1 m3/s ou 35,314 7 ft3/scusec oucfs
1 ft3/s ou 28,316 85.10-3m3/s
minersinch 1,5 ft3/min ou 7,079 2.10-4m3/s
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Les units mcaniques : 21
Fluidit
rh 1 (Pa.s)-1 ancienne unit.La fluidit est l'inverse de la viscosit
tym. : vient du grec, rhein s'couler et donnera
rhologie.
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Les units mcaniques : 22
Permabilit, permance
La permabilit est l'aptitude que possde un matriau permettre le transfert d'un fluideou d'un gaz.
- Les gologues qui considrent l'coulement de l'eau ou d'huile travers des rochesporeuses (rseau connect) sous l'effet d'une pression, parlent de permabilithydrodynamique et la mesure en mtre carr.- L'industrie de la construction considre la permabilit comme une diffusion dont leflux est proportionnel au gradient de concentration. Pour les gaz et vapeurs, les pressionspartielles sont utilises la place des "concentrations".Deux caractristiques sont utilises selon que l'on s'intresse l'aptitude transmettre ou freiner, la permabilit et la permance.
La permabilit hydrodynamique
mtre carr m2centimtre-gramme-
secondecm.g.s Utilis par les gologues dans la prospection
ptrolire.centimtre par
secondecm/s Utilis en hydraulique.
1 darcy = 0,961 5.10-3 cm/sancienne
darce 10-12m2
Valeur arrondie du darcy.darcy D
9,87.10
-13
m2
Correspond l'coulement d'un centimtre cube defluide d'une centipoise de viscosit durant uneseconde travers un matriau d'un centimtre carrde section et d'un centimtre d'paisseur sous undiffrentiel de pression d'une atmosphre.Utilis par les hydrogologues et par les ptroliers.
ancienne unit CGS adopte en 1934.
tym. : vient du savantHenry Darcy (1803-1858).
perm 10-4m2
ancienne unit CGS.
La loi de Darcy
La loi de Darcy relie un dbit un gradient de pression grce lapermabilit k du milieu travers.
Soit une tranche (de porosit isotrope) mince d'paisseur dx et de section Sparcourue par un dbit volumique Q d'un fluide de viscosit sous un
diffrentiel de pression dP,
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Les units mcaniques : 23
alors Q =S.k
.
dP
dxo k est la permabilit du milieu.
En systme CGS, avec Q (cm3/s), S (cm2), (Po, 1 poise = 1 g/cm.s), P (b,1 barye = 1 dyne/cm2, 1 dyne = 1 g.cm/s2), alors k s'exprime en cm2.Si la pression est en atmosphre et la viscosit en centipoise, k s'exprime en darcy et vaut9,87.10-9 cm2.En systme MKSA, la permabilit s'exprime en m2.Si on exprime les units en systme SI, l'unit de permabilit vaut 1,013 25.1012 darcy.
Le sable de plage a une permabilit de quelques darcys alors que la permabilit desmatriaux se mesure en millidarcys.
Le taux de transmission d'un gaz, ou flux, est la quantit de gaz transmise travers unesurface par unit de temps et dans des conditions spcifies de temprature, d'humidit
relative et d'paisseur (unit : kg/s.m2).La permance
dfinition: rapport du taux de transmission la diffrence de pression du gaz entre lesdeux faces de l'prouvette.
kilogramme par
second -mtre carr-
pascal
kg/s.m2.Pa
anglo-saxonne
US perm 1US perm = 1 grH20 / hr.ft2.inch Hg
1US perm = 5,745 25.10-11 kg / s.m2.Pa
Correspond un flux de vapeur d'eau contenant ungrain d'eau par heure, travers une surface d'unpied carr sous un diffrentiel de pression d'unpouce de mercure.
metric perm 1metric perm = 1 gH20 / j.m2.torr
1metric perm = 8,681.10-11 kg / s.m2.Pa1metric perm = 1,517 US perm
Correspond un flux de vapeur d'eau contenant ungramme d'eau par jour, travers une surface d'un
mtre carr sous un diffrentiel de pression d'unmillimtre de mercure.
La permabilit
dfinition : quantit de gaz transmise travers une surface par unit de temps, de
pression et d'paisseur.
kilogramme par
seconde-mtre-pascal
kg/s.m.Pa
anglo-saxonne
US perm-inch 1 US perm-inch = 1,459 29.10-12 kg/s.m.Pa
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Les units mcaniques : 24
Remarques...
- La permance est donne en kg / s.m2.Pa.Sachant qu'un pascal est un newton par mtre carr... la permance pourrait s'exprimer ensecondes par mtre (s/m) et la permabilit en secondes (s).- Certains donnent diffrentes valeurs la permance, en fonction de la temprature (0 et23C) pour compenser la valeur du pouce de mercure du fait de la variation de sa massevolumique. C'est inutile car le mercure a t choisi pour sa trs faible variation de densit etpar convention, ce type de pression a t dtermin pour une masse volumique fixe de13 595,1 g/L.- Le lien qui relie permance et permabilit et le mme que celui qui relie rsistance etrsistivit. Le premier tient compte de l'paisseur (ou longueur) relle et l'autre, pas.
Application la diffusion de la vapeur d'eau dans le domaine de l'isolation thermique
La norme NF EN 12086 concerne les "Produits isolants thermiques destins aux applicationsdu btiment" : Dtermination des proprits de transmission de la vapeur d'eau.
Les normes 12087 et 12088 s'intressent l'absorption d'eau long terme.
dfinitions des termes utiliss- ! est la permabilit la vapeur d'eau d'un matriau (indpendant de l'paisseur)."air = 1,85.10
-10 kg/s.m.Pa
- " est le coefficient ou indice de rsistance la diffusion de vapeur d'eau du matriau.#= "air/ " donc #air = 1
- e est l'paisseur du matriau.
- Rd, la rsistance la diffusion de vapeur d'eau, dpendant de l'paisseur du matriau.Rd = e . #/ "airRd = e / ", en s.m
2.Pa/kgRd est l'inverse de la permance Z : Z = 1/Rd
- Sd est la lame d'air quivalente la rsistance, elle est exprime en mtre, unit moinssujette erreur.
Sd = #. eSd = Rd . "air
exemple : la rsistance la diffusion de vapeur d'eau de 15 cm de bton est d'environ
1011 Pa.m2.s/kg, soit une lame d'air quivalente de presque 20 m.
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La rglementation franaise (classementISOLE) classe le comportement desmatriaux aux transferts de vapeur d'eau en5 niveaux E1 E5.
La permance la vapeur d'eau figure dansle Certificat ACERMI des matriaux parl'indication des caractristiques " ou Z,reprise par le niveau E du classement ISOLE). Les ouvrages doivent tre conus afin quilny ait pas de condensation au sein des parois ou en surface de celles-ci.
niveau permance
Z = 1/Rd (mg/m2.h.Pa)
rsistance
Rd (m2.h.Pa/mg)
E1E2E3E4E5
> 2,250,45 2,250,113 0,45
0,0075 0,113< 0,0075
< 0,440,44 2,222,22 8,858,85 133
> 133- les niveaux E du classement ISOLE -
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Rle du pare-vapeur l'isolation d'une habitationLe pare-vapeur stoppe lair chaud et humide afin dviter laformation de condensation du ct froid. Il doit imprativementtre plac du ct chaud de l'isolant, soit l'intrieur dans lespays froids et l'extrieur dans les pays chauds.
Le pare-vapeur doit tre tanche la vapeur (Z < 0,1 US perm).En dessous de 1 perm, on parle de freine-vapeur.Dans le cas d'une toiture, il ne faut pas le confondre avec le filmde sous-toiture qui constitue une barrire contre la poussire, laneige et les infiltrations deau et qui doit tre permable lavapeur d'eau qui aurait ventuellement travers le pare-vapeur, ilest du type HPV (haute permabilit la vapeur deau).
Le calcul de la permance est dfini dans l'ASTM E 96.La norme DIN 53122 donne la permance en g / j.m2 (1 g / j.m2 = 4,84.10-12 kg / (s.m2.Pa).
Les complexes isolantsPour les complexes isolants (ex : plaque de pltre +polystyrne), la DTU 25.42 (directive technique unifie)tablie par le CSTB (Centre scientifique et Technique duBtiment) institue 3 classes de permance nomme P1 P3.
P1 : destin aux parois en maonnerie dont la rsistance thermique est suprieure 0,086 m2.K / W, en dehors des zones froides.P2 : destin aux parois en bton plein d'paisseur infrieure 15 cm dont la rsistancethermique est infrieure 0,086 m2.K / W.P3 : destin aux zones trs froides (T < -15C ou altitude > 600 m en zone H1).
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@ consulter : http://acermi.cstb.fr/rt/exemple1.pdf
permance P
(mg / h.m2. mm Hg)
classes complexe sandwich
P1P2P3
P > 6060 > P > 15
P < 15
P > 300300 > P > 15
P < 15