Brevet FR2756924A1 — publié le 19980612

VISCOSIMETRE ET PROCEDE DE MESURE SANS CONTACT DE LA VISCOSITE DE MASSES FLUIDES DESCRIPTION L'invention concerne un viscosimètre et un procédé de mesure sans contact de la viscosité de masses fluides. Les viscosimètres les plus usuels pour les fluides à viscosité moyenne ou forte reposent sur le déplacement d'un solide dans le fluide : on observe par exemple la vitesse de la chute d'une bille dans le fluide sous l'effet de son poids, le mouvement d'un pendule de torsion situé dans l'axe de rotation d'un récipient tournant contenant le fluide, la vitesse de pénétration d'une colonnette dans le fluide, etc. Tous ces appareils impliquent un contact entre le fluide et la pièce de mesure ainsi qu'avec un récipient. Cela est désavantageux si le fluide est corrosif ou si au contraire les corps solides peuvent le contaminer, par adsorption sur leurs surfaces, germination de cristaux ou perturbation de la composition physico-chimique du fluide. On a aussi proposé de mesurer la viscosité en mesurant la vitesse d'affaissement ou d'allongement d'une colonne du fluide ou d'une poutre, mais ces procédés ne conviennent que pour les fluides les plus visqueux et s'apparentent plutôt à des mesures de fluage. Le viscosimétre proposé ici appartient à une nouvelle catégorie de viscosimètres et repose sur l'observation des oscillations d'une masse fluide autour d'un état d'équilibre sans que le fluide touche en aucun endroit un corps solide étranger. Plus précisément, le fluide est maintenu par des forces de sustentation d'une couche gazeuse et déformé à son état de repos par d'autres forces produites par une couche gazeuse, ce qui produit les oscillations. La sustentation des corps solides ou fluides par des champs électromagnétiques, acoustiques ou par des couches de sustentation gazeuses est déjà connue. On a remarqué que les fluides ainsi maintenus en sustentation étaient soumis à des oscillations qui dépendaient de leur viscosité, mais les dispositifs connus ne se prêtent pourtant pas à la mesure de viscosités. De même, les techniques de sustentation par couche gazeuse ont été développées avant tout pour mettre en forme la masse de fluide et pas pour être appliquées à des viscosimètres. Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne donc un viscosimètre comprenant deux plateaux possédant chacun une chambre interne, un dispositif de fourniture de gaz à la chambre, une face poreuse d'évacuation du gaz de la chambre, sur laquelle une couche de gaz de sustentation se forme ; les plateaux sont alignés verticalement et mobiles mutuellement en direction et en s'éloignant l'un de l'autre ; un des plateaux est un plateau inférieur ayant une face supérieure en forme de coupelle recevant un fluide et constituant la face poreuse, et l'autre des plateaux est un plateau supérieur de pressage ayant une face inférieure constituant la face poreuse et en regard de la face en forme de coupelle ; le viscosimètre comprend encore des moyens de déplacement d'au moins un des plateaux, et des moyens d'observation du liquide. Elle concerne aussi un procédé de mesure de viscosité d'une masse fluide, selon lequel une perturbation temporaire est infligée à la masse fluide se trouvant à une forme d'équilibre obtenue spontanément ; on suit l'évolution de la forme de la masse fluide une fois que la perturbation a cessé ; la masse fluide est posée sur une couche gazeuse et la perturbation est produite par une autre couche gazeuse. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures suivantes, qui représentent une réalisation possible parmi d'autres de celle-ci la figure 1 est une vue d'ensemble du viscosimètre, et les figures 2a à 2d illustrent les étapes du procédé. La masse de fluide objet de l'essai de viscosité porte la référence 1 et se trouve dans une enceinte 2 qui permet de la mettre à la température et dans l'atmosphère souhaitées. Elle repose sur un plateau inférieur 3 que surplombe un plateau supérieur 4. Les plateaux 3 et 4 sont tous deux creux, et leur chambre interne, respectivement référencée par 5 et 6, est alimentée en gaz par un dispositif 7 ou 8 par l'intermédiaire d'un conduit 9 ou 10 traversant l'enceinte 2. Le gaz insufflé dans les plateaux 3 et 4 peut les quitter en traversant une face poreuse de ces plateaux : la face poreuse 11 du plateau inférieur 3 est sa face supérieure, et elle présente une concavité centrale 13 de réception de la masse fluide 1 qui lui donne l'aspect d'une coupelle ; la face poreuse 12 du plateau supérieur 4 est sa face inférieure, qui est en regard de la face poreuse 11 du plateau inférieur 3, et cette face poreuse 12 est plate. Les plateaux 3 et 4 sont alignés verticalement et tous deux mobiles dans cette direction, en direction l'un de l'autre et en s'éloignant l'un de l'autre, par des moyens de déplacement indépendants. Le plateau inférieur 3 est commandé par un moteur 14 dont l'arbre porte un écrou 15 qui élève ou abaisse une vis d'Archimède 16 verticale, qui traverse l'enceinte 2 et porte le plateau inférieur 3 à son sommet ; le plateau supérieur 4 est suspendu à une tige 17, traversant également l'enceinte 2, d'un vérin pneumatique 18. L'enceinte 2 est percée d'une paire de hublots 20 et 21 situés face à face à une hauteur moyenne, dont le premier est destiné à l'éclairage de la masse de fluide 1 et laisse donc passer la lumière d'une lampe 22 dans l'enceinte 2, alors que le second est destiné à l'observation de la masse fluide 1 : une caméra 23 est placée devant lui. Le chauffage ou le refroidissement de la masse fluide 1 peut être souhaité. Il peut être assuré par tout moyen connu, par exemple par un fluide parcourant un conduit (non représenté) dans l'enceinte 2, un bobinage inducteur, ou une résistance 24 située dans l'enceinte 2, au moins à hauteur des plateaux 3 et 4 pour les chauffer par convection. Un clapet 25 éventuellement réglable permet au gaz insufflé en excès de quitter l'enceinte 2. Les figures 2a à 2d illustrent le fonctionnement de l'appareil. Les plateaux 3 et 4 sont écartés au maximum au départ (figure 2a), et la masse fluide 1 est versée sur la face poreuse 11 supérieure du plateau inférieur 3, dans la concavité 13, et forme là une goutte plus ou moins sphérique. Une commutation exercée sur le vérin 18 permet ensuite d'abaisser le plateau supérieur 4, qui reste cependant au-dessus de la masse fluide 1 (figure 2b) ; mais la mise en marche du moteur 14 qui est ensuite entreprise soulève le plateau inférieur 3 jusqu'à ce que la masse fluide 1 touche la face poreuse 12 inférieure du plateau supérieur 4 et s'écrase contre elle (figure 2c) enfin, une nouvelle commutation exercée sur le vérin 18 soulève brusquement le plateau supérieur 4 (figure 2d). La masse fluide 1 est alors libérée et reprend peu à peu sa forme initiale, selon un mouvement apériodique si la viscosité du fluide est très importante ou, sinon, selon un mouvement oscillatoire. La lampe 22 et la caméra 23 sont mis en marche pour éclairer la masse fluide 1 et enregistrer ses mouvements. La viscosité du fluide peut être évaluée en mesurant notamment la fréquence propre des modes d'oscillation ou la durée de retour à la forme initiale et en reportant cette durée dans des formules théoriques ou expérimentales. C'est ainsi que la durée T de retour à la forme d'origine pour une goutte sphérique par un mouvement apériodique 38 TIR est T , --, où R est le rayon de la goutte, o sa 40 a tension superficielle et n sa viscosité. il est avantageux que le plateau supérieur 4 ait un mouvement rapide pour se dégager de la masse fluide 1 sans perturber sensiblement ses conditions de retour à l'équilibre, mais on préfère que le mouvement du plateau inférieur 3 soit plus lent pour que la collision du fluide avec le plateau supérieur 4 ne soit pas brutale. Le fluide ne touche les surfaces poreuses 11 et 12 à aucun moment grâce au gaz qui s'en échappe et qui forme une couche continue. Les techniques de sustentation par couche gazeuse ont déjà été exposées en détail dans d'autres publications, auxquelles on se reportera le cas échéant ; un exemple est le brevet européen 0070760. On rappellera ici qu'une sustentation satisfaisante est en général assurée quand une différence de pression de 40 à 50 millibars environ est établie de part et d'autres des couches poreuses 11 et 12. REVENDICATIONS 1. Viscosimètre comprenant deux plateaux (3, 4) possédant chacun une chambre interne (5, 6), un dispositif de fourniture de gaz (7, 9, 8, 10) à la chambre, une face poreuse (11, 12) d'évacuation du gaz de la chambre, sur laquelle une couche de gaz de sustentation se forme, les plateaux étant alignés verticalement et mobiles mutuellement en direction et en s'éloignant l'un de l'autre, un des plateaux étant un plateau inférieur (3) ayant une face supérieure (11) en forme de coupelle recevant un fluide (1) à mesurer et constituant la face poreuse, l'autre des plateaux étant un plateau supérieur (4) de pressage ayant une face inférieure (12) constituant la face poreuse et en regard de la face en forme de coupelle, des moyens de déplacement (14, 18) d'au moins un des plateaux, et des moyens d'observation (23) du liquide. 2. Viscosimètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déplacement comprennent un vérin (18). 3. Viscosimètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déplacement comprennent un moteur (14) et une transmission à vis (15, 16). 4. Viscosimètre selon la revendication 1, comprenant des moyens de déplacement des deux plateaux. 5. Viscosimètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de déplacement des deux plateaux permettent de déplacer le plateau supérieur (4) plus vite que le plateau inférieur (3). 6. Procédé de mesure de viscosité d'une masse fluide (1), caractérisé en ce qu'il consiste à imposer une perturbation temporaire à une forme d'équilibre obtenue spontanément de la masse fluide, et à suivre ensuite l'évolution de la forme de la masse fluide, la masse fluide étant posée sur une couche gazeuse et perturbée par une autre couche gazeuse.