Par Kevin Beck | Mis à jour le 24 mars 2022
Lorsque nous pensons à un liquide, nous imaginons souvent de l’eau dans un verre, un ruisseau dans une rivière ou la surface glissante d’un étang. Pourtant, l’expérience quotidienne d’un liquide ne donne pas une image scientifique complète. Ci-dessous, nous examinons ce qui fait d'une substance un liquide, comment elle se comporte et pourquoi les liquides sont importants, de l'ingénierie à la biologie humaine.
Toute matière existe dans l'un des trois états primaires. Les solides contiennent des particules étroitement tassées et régulièrement disposées qui vibrent sur place. Les gaz contiennent des particules largement espacées qui se déplacent librement et occupent n'importe quel volume disponible. Les liquides se situent entre ces extrêmes :leurs particules sont rapprochées mais n'ont pas de forme fixe, ce qui leur permet de s'écouler et de s'adapter à leur contenant.
En physique, un fluide désigne toute substance qui ne peut résister à la déformation. Ce terme générique inclut à la fois les liquides et les gaz. Les fluides peuvent être décrits par les mêmes équations fondamentales, notamment les équations de Navier-Stokes, que la substance soit de l'eau ou de l'air. Ce traitement unifié explique pourquoi un marathonien doit gérer la perte de liquide avec autant de soin qu'un pilote d'avion gère le flux d'air.
Les fluides sont caractérisés par trois grandes catégories de propriétés :
Ces propriétés régissent tout, depuis la façon dont une goutte d'huile se propage sur une surface jusqu'à la façon dont l'air circule autour d'une aile d'avion.
L'eau et l'air dominent les discussions quotidiennes sur les fluides, mais divers autres liquides (pétrole, essence, kérosène, solvants et même boissons) jouent un rôle essentiel dans l'industrie et dans le confort quotidien. Beaucoup de ces liquides sont dangereux; un stockage approprié est essentiel pour éviter toute ingestion ou exposition accidentelle.
Dans le corps humain, les liquides sont essentiels. Bien que le sang contienne des solides (cellules et protéines), son composant plasmatique se comporte comme un liquide. Une bonne hydratation est vitale pour la performance sportive, mais de nombreux athlètes souffrent encore de déshydratation malgré des ravitaillements fréquents.
La mécanique des fluides étudie la manière dont les fluides se déplacent et interagissent avec leur environnement. Contrairement aux solides, les fluides peuvent se cisailler :des couches de fluide glissent les unes sur les autres, créant des phénomènes tels que des tourbillons et des turbulences. La contrainte de cisaillement τ est calculé comme :
τ =μ(du/dy)
où μ est la viscosité dynamique et du/dy est le gradient de vitesse.
Deux forces critiques en aérodynamique et en hydrodynamique sont la traînée et la portance :
Ici, ρ est la densité du fluide, A est la surface transversale, v est la vitesse, et C_D ou C_L sont des constantes dépendant de la forme.
L’eau représente environ 60 % du poids corporel d’un adulte. Les deux tiers de ce volume, soit environ 40 % du poids corporel total, sont constitués de liquide intracellulaire ; le tiers restant est constitué de liquide extracellulaire. Le plasma sanguin, qui est la partie liquide du sang, représente environ un quart du liquide extracellulaire, soit 5 % du poids corporel total.
Pour une personne de 70 kg (154 lb) :
Ces calculs illustrent l'importance du maintien de l'équilibre hydrique pour la santé et la performance.
