Qu'appelle-t-on la "mécanique des fluides" ? (explications)

La mécanique des fluides étudie les comportements des fluides newtoniens et les forces qui les régissent. Elle se divise en statique des fluides (étude des fluides au repos, ou hydrostatisme) et dynamique des fluides (étude des fluides en mouvement). Les fluides non newtoniens ont un comportement trop complexe pour entrer dans un tel domaine d'étude.

Hydrostatique

Les bases de l'étude de l'hydrostatique ont été posées durant l'Antiquité grecque par Archimède et sa fameuse "poussée". C'est un cas simple et particulier de la dynamique des fluides, puisqu'il se limite aux fluides immobiles, mais il est à l'origine de nombreuses applications. Le fluide au repos ne subit qu'une seule force qu'est la pression. L'hydrostatique est donc l'étude de la pression sur les fluides. La base de l'hydrostatique a été posée par le "principe de Pascal" : la pression dans un fluide ne dépend que de la profondeur, non de la direction. Une boîte vide fermée par une membrane et plongée dans l'eau, subira les mêmes forces de pression quelle que soit son orientation. Un fluide au repos étant considéré comme incompressible, retransmet intégralement les forces qu'il reçoit. C'est le principe de la "poussée d'Archimède", où le liquide, sous l'effet de l'immersion d'un solide, restitue une partie de cette force à travers la résistance et transmet le reste à un autre fluide (l'air) et le repousse. Une des applications courantes de cette propriété d'incompressibilité est le baromètre à mercure, dont le niveau varie suivant la pression atmosphérique sur un liquide au repos.

Dynamique des fluides

La dynamique des fluides peut être résumée comme étant le calcul des diverses propriétés d'un fluide, en l'occurrence la vitesse, la pression, la densité et la température, en fonction de l'espace et du temps. Ces équations sont parfaitement connues, et sont nommées "équations de Navier-Stokes". Elles sont basées sur les lois de conservation des masses, de la quantité de mouvement et de l'énergie. Mais bien qu'elles soient assez simples, elles décrivent des phénomènes complexes et notamment les turbulences et imposent des résultats approchés, qu'ils soient statistiques ou théoriques. Lorsqu'il n'y a pas de turbulences, l'écoulement est dit "laminaire". C'est un cas particulier de dynamique des fluides, utilisé pour simplifier les calculs. La turbulence est ensuite étudiée à l'aide d'un modèle spécifique. L'écoulement laminaire n'est présent que dans les circuits hydrauliques, où toute turbulence entraîne une dépense d'énergie sous forme calorifique et fait baisser le rendement du système. Une autre simplification peut être faite en considérant les propriétés du fluide constates dans le temps. On parle alors de fluide stationnaire. C'est une méthode notamment utilisée pour les calculs aérodynamiques, le fluide étant alors l'air atmosphérique.