Mécanique des Fluides

Cours pour les élèves de Terminale Générale

Introduction

La mécanique des fluides est l'étude des liquides et des gaz en mouvement ou au repos. Elle permet de comprendre des phénomènes courants tels que la pression dans une bouteille, le vol d'un avion ou la circulation sanguine.

1. Caractéristiques d’un fluide

Un fluide est un corps qui ne possède pas de forme propre et qui peut s’écouler. Ses principales caractéristiques sont :

2. La pression dans un fluide

La pression exercée par un fluide dépend de la profondeur et de la densité du fluide. La loi fondamentale est :

P = P₀ + ρ g h

où :

Illustration :

Pression dans un fluide

Figure 1 : Variation de la pression en fonction de la profondeur

3. La loi de Bernoulli

La loi de Bernoulli est une relation fondamentale dans la mécanique des fluides pour un fluide idéal, incompressible et sans viscosité. Elle s’écrit :

P + ½ ρ v² + ρ g h = constante

Cette relation indique que la somme de la pression, de l'énergie cinétique par unité de volume et de l'énergie potentielle par unité de volume reste constante le long d'une ligne de courant.

Interprétation :

Schéma de Bernoulli

Figure 2 : Illustration de la loi de Bernoulli

4. Application : Venturi

Le tube de Venturi est un exemple pratique illustrant la principe de Bernoulli. Lorsqu’un fluide s’écoule dans un tube avec une zone rétrécie, la vitesse augmente dans cette zone, ce qui entraîne une baisse de la pression.

Effet Venturi

Figure 3 : Illustration de l’effet Venturi

5. La viscosité et l’écoulement

La viscosité est une propriété du fluide qui mesure sa résistance à l’écoulement. Un fluide visqueux (ex. miel) s’écoule plus lentement qu’un fluide peu visqueux (ex. eau).

La loi de Hagen-Poiseuille décrit l’écoulement laminaire d’un fluide dans un tube :

Q = (π ΔP r⁴) / (8 η L)

où :

Conclusion

La mécanique des fluides est essentielle pour comprendre de nombreux phénomènes naturels et techniques. La pression, la vitesse, la viscosité, et les lois comme Bernoulli sont au cœur de ces phénomènes.