Généralités

Un fluide est un milieu matériel continu qui se déforme continuellement sous l’action de la moindre force de cisaillement. Ce pourquoi on dit que le fluide s’écoule. Un fluide prend la forme du récipient avec les parois duquel il est en contact. Le mot fluide est synonyme de substance dont les éléments se mettent en mouvement avec une liberté totale (fluides idéaux, dits non visqueux) ou une liberté restreinte (fluides réels, dits visqueux). En Mécaniques des Fluides (des liquides ou des gaz) on considère l’écoulement des fluides du point du vue macroscopique, c’est-à-dire du point du vue de milieux continus. Dans ce cadre, bien qu’un élément du fluide soit composé d’un très grand nombre de molécules, c’est aux propriétés moyennes de cet élément macroscopiques que l’on s’intéresse. Par une particule de fluide on entend dire un élément de fluide qui est infinitésimal au sens mathématique, c’est-à-dire assimilée à un point en analogie avec la notion de point matériel en mécanique rationnelle. Ainsi on admet qu’une particule de fluide a les mêmes propriétés en tous ses points. Nous nous limitons dans ce qui suit aux fluides isotropes, c’est-à-dire aux fluide dont les propriétés sont invariables dans toutes les directions. Vu par un physicien, la Mécanique des Fluides constitue une branche de physique. En revanche, pour un mathématicien il s’agit d’une branche de mathématiques appliquées. Par ailleurs, vue les soucis d’applications d’ingénierie, l’ingénieur la voit comme une science qui s’appuie, en grande partie, sur l’expérience. En effet, la science de la mécanique des fluides est un ensemble constitué de tous ces composantes car La Science est un ensemble ordonné et systématique de connaissances établies par l’analyse théorique, l’observation et l’expérience. à vrai dire l’étude de La Mécanique des Fluides ne peut être effectuée en profondeur qu’avec une maitrise considérable de mathématiques. En Mécanique des Fluides l’observation, l’expérience et la mathématiques sont aussi bien inséparables comme une cellule vivante et l’eau. On appel la branche de Mécanique, ou Mathématiques appliquées qui traite les lois du mouvement des fluides La Mécanique des Fluides. Dans le cas ou` le “fluide” signifie “liquide” (il s’agit en générale de l’eau), la Mécanique des Fluides devient la Mécanique des liquides, ou l’hydromécanique; en dynamique il s’agit alors de l’hydrodynamique1. Lorsque “fluide” veut dire “gaz”, on appel la Mécanique des Fluides l’Aéromécanique; en dynamique on parle alors de l’Aérodynamique. En Hydrodynamique on cherche d’établir des relations analytiques et théoriques entre les éléments cinématiques3 du mouvement, en l’occurrence l’écoulement, et les forces qui les produisent et maintiennent. L’Hydraulique4 est l’hydrodynamique dont le but est l’étude des lois de mouvement des liquides dans les tubes, les tuyauteries, les canaux, les coudes, et dans d’autres appareils d’ingénierie. L’Aéromécanique se divise en Aérostatique, Aérodynamique Théorique, Aérodynamique Expérimental et la Mécanique de Vol. En biomécanique, la mécanique des fluides traite l’écoulement du sang dans les veines et dans le coeur, elle traite aussi l’écoulement de l’air dans l’appareil respiratoire. D’autres exemples de la mécaniques des fluides sont fournis par la prédiction climatique et le champ magnétique.

Liquide et Gaz

Lorsqu’un solide est soumis à une force il subi une déformation. On dit que cette déformation est élastique si elle disparait avec la disparition de la force et plastique dans le cas contraire ou` elle persiste. Par contre un fluide réel, c’est-à-dire visqueux, se déforme continuellement dés qu’il est soumis à la moindre force de cisaillement; on dit alors que le fluide s’écoule tout en résistant à la déformation. Par une force de cisaillement on entend dire une force tangentielle à la surface de l’élément fluide qui provoque un mouvement des couches voisines de fluide l’une par rapport aux autres. On appelle fluide parfait tout fluide (non–visqueux ) qui n’offre aucune résistance aux forces de cisaillement. Un liquide est un fluide pesant dont la masse volumique varie peu avec la pression ainsi qu’avec la température et est usuellement supposée invariable. Par contre, la masse volumique d’un gaz varie beaucoup avec la pression et la température, et est suffisamment petite pour qu’on puisse, en général, négliger les effets dus à la pesanteur; un gaz remplit tout le volume du récipient qui le contient. Les gaz se distinguent de liquides par leur propriété d’expansion. On dit alors que les liquides sont à compressibilité très faible ou sont fortement incompressible; c’est pourquoi on dit que les liquides sont des fluides incompressibles. Contrairement aux liquides, la compressibilité des gaz est très élevée et on parle alors des fluides compressible.

Volume de contrôle

En Thermodynamique on fait recours à la notion du système thermodynamique comme une région de l’espace délimitée par une surface, dite sureface de séparation qui peut être matérielle (réelle) ou imaginaire. Le système est constituée des éléments matériels étudiés subis au changement d’état provoqué par des échanges de masse, ou de chaleur et/ou de travail à travers la surface de séparation. En revanche, pour analyser le mouvement de fluide on isole dans la pensée une région (matérielle) géométrique et arbitraire V (t), appelé volume de contrôle, délimitée par une surface matérielle S(t) perméable aux particules fluides; V (t) et S(t) peuvent être fixes, mobiles et déformables dans l’écoulement.