Notion de fluide

On regroupe sous le terme fluide les gaz et les liquides. En outre, la mobilité des molécules, et par conséquent le caractère fluide, dépend de l'intensité respective des forces d'interaction entre elles : agitation thermique contre forces de cohésion (Van der Waals notamment). Avant de définir le mot fluide, il convient donc de faire la distinction entre solide, liquide et gaz.

Un fluide apparaît donc comme un milieu continu (lorsqu'il est observé à l'échelle macroscopique) et sans rigidité (il peut facilement se déformer, même sous l'action de forces faibles).

Solide / liquide / gaz

Si l'on cherche à distinguer ces trois mots, on fait intuitivement la différence entre un rocher (solide), l'eau de mer (liquide) et la brise marine (gaz). Mais que dire du sable ? c'est un "solide"... pourtant il "coule". Il nous faut donc définir ces trois termes.

DéfinitionSolide

représentation schématique d'un solideInformations

Dans un solide, les forces liées à l'agitation thermique sont beaucoup plus faibles que les forces de liaison interatomique : les atomes vibrent autour d'une position moyenne sans se déplacer les uns par rapport aux autres. Un solide se caractérise donc par une certaine "rigidité" ; son état est compact et ordonné.

DéfinitionGaz

représentation schématique d'un gazInformations

Dans un gaz, les forces d'attraction intermoléculaire sont faibles (nulles dans le cas d'un gaz parfait). Un gaz va par conséquent occuper tout le volume qui lui est offert : il n'existe pas de surface de séparation entre deux gaz de natures différentes mis en contact.

DéfinitionLiquide

représentation schématique d'un liquideInformations

Dans un liquide, les molécules sont soumises à des forces d'attraction et de répulsion du même ordre de grandeur. Les forces d'attraction intermoléculaire sont suffisamment fortes pour maintenir les molécules très proches les unes des autres, mais cette proximité est limitée par les forces de répulsion qui s'opposent à l'interpénétration des nuages électroniques. Ainsi un liquide occupe un volume bien déterminé, limité par une surface libre, toutefois il y a glissement des molécules les unes par rapport aux autres et donc pas de forme prédéterminée.

Notion de fluide

DéfinitionFluide

Le mot "fluide" est généralement défini comme suit : "milieu continu, déformable et qui peut s'écouler". Tout d'abord, cette définition convient bien aux liquides et aux gaz. Ensuite il nous faut revenir pas à pas sur cette définition. Le terme "continu" devrait être précisé par "à l'échelle macroscopique", ce qui signifie que le nombre de molécules contenues dans un volume élémentaire doit être suffisamment grand pour que l'on puisse négliger toute fluctuation de ce nombre. Le mot "déformable" implique que les distances entre molécules sont variables : lors d'une déformation, les molécules changent de voisines ; il n'y a pas de "rigidité" et un fluide peut subir de grandes déformations non élastiques. Enfin l'expression "qui peut s'écouler" signifie que l'effort à fournir pour déformer un fluide est très faible par rapport à celui qu'il faudrait fournir pour déformer de la même façon un solide. Pour résumer, un fluide épouse la forme du récipient qui le contient.

RemarqueLimites de cette définition

On peut toutefois relever quelques faiblesses de cette définition. Tout d'abord, il n'y est pas fait mention de la rapidité ou de l'instantanéité de l'écoulement. Ainsi des pâtes ou des gels peuvent-ils être considérés comme des fluides "épais" ? Certains ont d'ailleurs tendance à se "fluidifier" avec le temps ou sous contrainte (cf. rhéologie). D'autre part, peut-on affirmer que tout ce qui n'est pas solide est fluide ? Que dire alors des solides divisés ? Ils sont constitués de particules solides, ne sont donc pas des milieux continus, mais de façon macroscopique, ils pourraient s'apparenter à des fluides, puisqu'ils s'écoulent sous faible effort.

Pour aller plus loinÀ propos des propriétés des liquides et des gaz