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Les Unités Mécaniques

par Thierry Thomasset

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© octobre 2013

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Sommaire

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les unités de vitesse 3 vitesse angulaire, fréquence de rotation 3 accélération 4 accélération angulaire 5 force 5 moment d'une force 6 travail, énergie, quantité de chaleur 6 puissance, flux énergétique, flux thermique 11 tension superficielle 13 intensité énergétique 13 contrainte et pression 14 viscosité dynamique ou viscosité 16 viscosité cinématique 18 mesure de dureté 20 résilience 21 raideur 21 débit ou flux 21 fluidité 22

perméabilité, perméance 23

______________________ Les unités mécaniques : 3

Vitesse m mètre par seconde m/s kilomètre par heure km/h 1 000 / 3 600 m/s ou 0,277 m/s nœud (international) 1 mille/h soit 0,514 444 m/s

utilisé en navigation maritime ou aérienne.

mach 340 m/s vitesse du son utilisé en aéronautique. Concorde vole à Mach 2,05 étym. : vient du savant Ernst Mach (1838-1916).

unité Bubnoff B 10-6 m / an, soit environ 3,2.10-14 m/s utilisée en géologie pour mesurer les déplacements des continents. étym. : vient du géologue Serge von Bubnoff (1888-1957).

anglo-saxonne knot ou nud kn 1 nmi/hr ou 5,147 73.10-1 m/s admiraltyknot 6 080 ft/hr mile per hour mph 1 mi/hr ou 4,470.10-1 m/s kine 1 cm/s

Vitesse angulaire, fréquence de rotation m radian par seconde rad/s tour par minute tr/min 2π /60 rad/s ou 1,047 197.10-1 rad/s tour par seconde tr/s 2π rad/s ou 6,283 185 rad/s


Accélération m mètre par seconde carrée

m/s2

gn 9,806 65 m/s2

gn n'est pas une unité mais la constante d'accé-lération due à la pesanteur terrestre souvent arrondie à 9,81.

gal Gal 10-2 m/s2 utilisé en géodésie et géophysique, valeur approchée du millième de la pesanteur terrestre (≈1 mgn). étym. : vient du savant Galilée (1564-1642).

Notes... L'attraction terrestre La constante d'accélération gn due à la pesanteur terrestre a été fixée à 9,806 65 m/s2 lors de la IIIe CGPM en 1901. C'est également au cours de cette conférence que les notions de masse et poids ont été clarifiées, le poids P étant une grandeur de la même nature qu'une force, défini par le produit de la masse m et de l'accélération terrestre gn.

P = m . gn

Cette valeur de 9,81 m/s2 est approximative pour plusieurs raisons : - la terre n'est pas une sphère parfaite, les pôles sont légèrement aplatis ; - le relief est tel qu'aucun point n'a la même altitude ; - la composition du sol est variable en fonction du lieu ; - la rotation terrestre ajoute une composante, la force centrifuge. Donc la pesanteur varie avec

la latitude. Si la rotation terrestre était 17 fois plus rapide, la force de gravitation serait insuffisante pour maintenir sur terre les habitants situés à l'équateur !

Cette variation est connue depuis l'époque de la Révolution Française. En mars 1790, afin d'uniformiser les mesures, Talleyrand propose de définir le mètre grâce à un pendule battant la seconde. Mars 1791, l'idée est abandonnée, à cause de la variation de gn qui influence sa période d'oscillation. Le mètre sera donc une barre étalon égale au 1/40 000 000 du méridien terrestre. La résistance humaine Le fait d'être soumis à une forte accélération ou décélération provoque des troubles de la circulation sanguine au niveau du cerveau. Celui-ci manquera de sang dans le premier cas (> 4,5 gn, voile noir) ou au contraire aura un afflux important (< -3 gn, voile rouge). Seuls des hommes suffisamment entraînés ou ayant un équipement spécial supportent des valeurs extrêmes. Des valeurs très élevées d'accélération peuvent être supportées à condition qu'elles soient de très courte durée (25 gn, 0,25 s).

gn (m/s2) lieux 9,832 9,809 9,780

pôles Paris équateur

accélération décélération programme Mercury navette spatiale avion de chasse siège éjectable

6 gn 3 9

25

12 gn 2 3


Accélération angulaire radian par seconde carrée

rad/s2

Force newton N Force communicant à un corps ayant une masse de

1 kg, une accélération de 1 m/s2. vers 1970, une tentative de franciser la pronon-ciation en "neuton" échoua. étym. : vient du savant anglais sir Isaac Newton (1642-1727) découvreur des lois de la gravitation universelle.

dyne dyn 10-5 N Force communicant à un corps ayant une masse de 1 g, une accélération de 1 cm/s2. ancienne unité CGS étym. : vient du grec dunamis, puissance, on le retrouve dans dynamisme.

kilogramme-force kgf 9,806 65 N pond p 9,806 65.10-3 N ou 1 gramme-force

on utilise plus souvent le kilopond (1 kgf) étym. : vient du latin pondus, poids.

sthène sn 103 N étym. : vient du grec sthenos, force, robuste. L'asthénie est un manque d'énergie.

anglo-saxonne poundal pdl 0,138 255 N pound-force lbf 4,448 22 N long ton-force ou UK ton-force

2 240 lbf ou 9 964,02 N

short ton-force ou US ton-force

2 000 lbf ou 8 896,44 N

kip (kilopound) 1 000 lbf ou 4 448,22 N


Moment d’une force newton-mètre N.m

Travail, énergie, quantité de chaleur joule J 1 N.m

travail produit par une force de 1 N dont le point d'application se déplace de 1 m dans la direction de la force. étym. : vient du savant James Joule (1818-1889).

électron-volt eV 1,602.10-19 J watt-heure Wh 3 600 J

il est autorisé d’écrire wattheure.

erg 10-7 J travail produit par une force de 1 dyn dont le point d'application se déplace de 1 cm. ancienne unité CGS étym. : vient du grec ergon, travail, action. On le retrouve dans ergonomie.

calorie cal 4,185 J travail nécessaire pour élever de 1°C la température de 1 g d'un corps dont la chaleur massique est égale à celle de l'eau à 15°C sous la pression atmosphérique de 1013 mbar. étym. : vient du latin calor, chaleur.

Calorie ou kilocalorie Cal ou kcal 4,185.103 J appelée en diététique, grande calorie. Cf. notes

frigorie fg -4,185.106 J étym. : vient du latin frigus, froid

hartree Ha 4,359 744 17.1018 J ou 27,212 eV ou 2 Ryd appelé unité d'énergie en physique atomique et moléculaire.


étym. : vient du physicien britannique Douglas Rayner Hartree (1897-1958).

kilogrammètre kgm 1 kgf.m ou 9,806 65 J thermie th 4,185.106 J

appelée aussi mégacalorie (Mcal). étym. : vient du grec thermos, chaleur.

tonne équivalent charbon

tec 2,930 76.1010 J ou 7 Gcal

tonne équivalent pétrole

tep 4,185.1010 J ou 10 Gcal

tonne de TNT 4,185.109 J ou 1 Gcal unité définie sur la base qu'1 g de trinitrotoluène (puissant explosif) dégagerait une énergie de 1 kcal. utilisée pour quantifier l'énergie dégagée par une explosion nucléaire. ex : Hiroshima, 15 kilotonnes de TNT

anglo-saxonne british thermal unit Btu 1 055,06 J ou 252 cal foe 1044 J ou 1051 ergs (système CGS)

utilisé en astronomie pour quantifier l’énergie produite par une supernova. Si l’activité actuelle du soleil était la même durant toute sa “vie”, il produirait 1,2 foe. étym. : acronyme de 10 puissance fifty-one ergs.

foot pound-force ft.lbf 1,355 82 J foot poundal 0,042 14 J therm 105 Btu ou 105,506 MJ QUAD 1015 Btu ton of coal equivalent TCE 29,307 6 GJ ton of oil equivalent TOE 41,87 GJ ou 11,63 MWh

Notes : La calorie La calorie est une unité de mesure de l'énergie thermique. C'est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C (14,5 à 15,5°C) 1 gramme d'eau sous une pression atmosphérique normale (101 323 pascals). Son abréviation est "cal". L'unité internationale recommandée est le joule, 1 calorie diététique vaut donc 4,18 kJ. En diététique, on utilise la kilocalorie dont l'abréviation est "kcal" ou parfois "Cal" nommée grande calorie. Elle traduit : - l'énergie chimique nécessaire à la construction, à la destruction ou à la réparation de nos cellules ;


- l'énergie mécanique nécessaire à la contraction de nos muscles, aux battements de notre cœur, aux mouvements respiratoires de nos poumons, à nous mouvoir, etc. ; - l'énergie électrique nécessaire aux neurones de notre système nerveux, tant sensoriels que réflexifs et moteurs ; - l'énergie thermique maintenant notre corps à 37°C.

extrait de "Révélations sur l'homme" Science & Vie n°1052 mai 2005. Comment mesure-t-on les calories d'un aliment ?

Les professionnels de l'agro-alimentaire utilisent la règle dite des 4-4-9 pour déterminer la valeur énergétique d'un aliment, c'est-à-dire qu'un gramme de protéines, de glucides et de lipides correspond respectivement à 4, 4 et 9 kcal pour 100 grammes d'aliment.

exemple ci-dessus : (9 x 4) + (48 x 4) + (35 x 9) = 543 kcal C'est dans un laboratoire d'analyse que l'on mesure la quantité des éléments minéraux (calcium, magnésium, potassium...), la teneur en eau, la quantité de protéines et de lipides de 100 g d'aliment. Les glucides sont obtenus par soustraction. ATTENTION : la règle des 4-4-9 peut être fausse dans certains cas. - Les fibres comme la cellulose sont des glucides non assimilables. - L'alcool est très énergétique, sa valeur est de 7 kcal/g. - Les acides organiques (acide citrique, acide malique...) ont une énergie de 3 kcal/g.

____________________ La règle des 4-4-9 est une règle officielle de l'AOAC International, une association scientifique américaine émettant des recommandations sur les méthodes d'analyse. L'AOAC est reconnu par l'ISO. Le pouvoir calorifique Le pouvoir calorifique d'un combustible est l'énergie par unité de masse, dégagée sous forme de chaleur par la réaction de sa combustion. Il s'exprime en joule par kilogramme (J/kg), il peut être volumique est s'exprime alors en joule par mètre cube (J/m3). Dans le domaine de la construction, l'unité d'énergie employée est le kilowattheure. La combustion produit de la chaleur, du gaz carbonique et de la vapeur d'eau. Or la production d'un kilogramme de vapeur requiert 2511 kJ, c'est pourquoi il existe deux types de pouvoir calorifique. - Le pouvoir calorifique supérieur PCS correspond à l'énergie totale dégagée; - Le pouvoir calorifique inférieur PCI correspond à l'énergie minimale disponible.

PCS = PCI + chaleur latente d'évaporation

Dans le cas d'une chaudière de chauffage dite "à condensation", il est possible de récupérer l'énergie de chaleur latente d'évaporation en condensant la vapeur d'eau avant qu'elle ne s'échappe par le conduit de cheminée. Les professionnels font états de rendements supérieurs à 100% en faisant le rapport (PCI + énergie récupérée/kg de vapeur) / PCI.


Chaque combustible possède un rapport PCS/PCI propre. Remarques : Le taux d'humidité du bois fait chuter très rapidement la quantité d'énergie dégagée utile. Le stère de feuillu sec possède un pouvoir calorifique d'environ 1580 kWh. Le bois a un pouvoir calorifique très variable en fonction des essences et surtout de l'humidité difficile à estimer. Les granulés ou pellets ont une teneur en eau contrôlée. On considère que 220 kg de granulés ont un pouvoir calorifique de 100 kWh, soit l'équivalent de 0,75 stère de bois ou 100 L de fuel domestique. @ consulter :

http://www.reka-france.fr/index.php?option=com_content&task=view&id=18&Itemid=40

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Les classes énergétiques des bâtiments Le diagnostic de performance énergétique ou DPE permet de classer les logements en fonctions de leur consommation énergétique annuelle par mètre carré de surface. Les caractéristiques de l’isolation et de l’appareil de chauffage sont les deux responsables de cet indice variant de A à G. Il résulte de la directive européenne n°2002/91 de 01/2003 qui vise à donner un cadre européen aux politiques nationales de réduction des consommations d’énergie des bâtiments existants et à construire, dans la perspective de la mise en œuvre du protocole de Kyoto. Le diagnostic doit être effectué par une société duement certifiée et fourni dans les cas suivant :

a) vente de bâtiments et de locaux résidentiels et tertiaires en application depuis 1/11/2006 b) location à usage de logement en application depuis le 1/7/2007 c) construction, à l’achèvement des chantiers dont le permis de construire a été déposé après le 1/7/ 2007. arrêté d’application non encore paru

À compter du 2/1/2008, le DPE doit être affiché dans les bâtiments publics, dont la SHON est supérieure à 1 000 m², occupés par les services d'une activité publique, recevant plus de 200 personnes.

pouvoir calorifique moyen combustible PCS/PCI kWh/m3 kWh/kg fuel domestique gaz naturel butane propane charbon granulés bois (5% hum.) bois (20% hum.) bois (30% hum.)

1,070 1,111 1,084 1,088 1,052

10 000 11 33 24

11,8 10,8 13,2 12,8

8,5 5,2 4,3 3,2

Étiquette énergie

http://www.reka-france.fr/index.php?option=com_content&task=view&id=18&Itemid=40


Le DPE est généralement accompagné d’un indice quantifiant l’émission des gaz à effet de serre GES exprimé en kilogramme d’équivalent CO2/m2.an pour le chauffage, la production d'eau chaude sanitaire et le refroidissement.

(*) RT : réglementation thermique @ consulter :

http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=15028

classes DPE (kWh / m2.an)

Commentaires

A

≤ 50 Seuls les logements BBC (bâtiment basse consommation) et ceux conformes à la RT 2012 (obligatoire pour le neuf à partir du 1/1/2013) consomment aussi peu.

B

51 à 90 Très peu de logements concernés. Cette plage correspond à la rénovation BBC et aux constructions RT* 2005, sans chauffage électrique du littoral méditerranéen.

C

91 à 150 Correspond aux logements conformes à la RT 2005, chauffés au gaz, parfois au fuel, et non à l’électricité, sauf sur la bordure méditerranéenne.

D

151 à 230 Correspond aux logements conformes à la RT 2000 et 2005 avec chauffage électrique, c’est-à-dire les constructions des années 90 avec chauffage au gaz ou au fuel ou l’ancien rénové avec un bon niveau d’isolation.

E

231 à 330 Correspond aux constructions des années 80, voire 90, avec chauffage électrique, antérieures avec chauffage au gaz ou au fuel et peu d’isolation.

F

331 à 450 Correspond aux logements mal isolés, chauffés notamment à l’électricité.

G ≥ 451 Correspond aux logements non isolés chauffés à l’électricité.

http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=15028


Puissance, flux énergétique, flux thermique watt W 1 J/s

étym. : du nom de l'ingénieur écossais James Watt (1736-1819).

kilogrammètre par seconde

kgm/s 1 kgf.m/s ou 9,806 65 W

huygens Hy 1 kgf.m/s ou 9,806 65 W étym. : du nom du savant néerlandais Christian Huygens (1629-1695).

cheval CUNA ch CUNA 735,498 75 W étym. : signifie "Commissione Unificazione e Nor-malizzazione Autoveicoli", utilisé autrefois par les constructeurs automobiles italiens.

cheval DIN ch DIN 735,498 75 W étym. : signifie "Deutsche Industrie Normen", utilisé autrefois par les constructeurs automobiles allemands.

cheval fiscal cv ATTENTION : La puissance fiscale ou admi-nistrative n'est pas une unité de puissance. Elle détermine la tranche fiscale d'un véhicule automobile et s'exprime en chevaux fiscaux. Au 1er juillet 1998 :

P cv = rejet CO2 g/km/45 + (P kW/40)1,6

cheval SAE ch SAE 735,498 75 W

étym. : signifie "Society of Automotive Engineers", utilisé autrefois par les constructeurs automobiles américains.

cheval vapeur ch 735,498 75 W puissance nécessaire pour soulever environ 75 kg sur une hauteur de 1 m durant 1 s.

var var 1 W ancienne erg par seconde erg/s 10-7 W

ancienne unité CGS

poncelet 980,665 W puissance nécessaire pour déplacer 100 kg sur une distance de 1 m durant 1 s. introduit en 1919. étym. : du nom du mathématicien français Jean-Victor Poncelet (1788-1867).


anglo-saxonne British thermal unit per hour

Btu/hr 0,293 07 W

foot pound-force per second

1,355 8 W

foot poundal per second

0,042 14 W

horse power (UK) ou BPH

HP 745,699 W ou 1,0139 ch ou 550 lbf.ft/s puissance fournie par un cheval pour soulever verticalement de 10 pieds une charge de 55 livres. étym. : BPH signifie "British Horse Power", utilisé autrefois par les constructeurs automobiles britanniques.

La puissance dans le domaine des automobiles Aujourd'hui, la puissance motrice d'une automobile en ordre de marche s'exprime en kilowatt. Autrefois, selon le pays, même si le cheval utilisé avait la même valeur, la notion de calcul de la puissance était différente.

- cheval DIN : puissance transmise à l'arbre moteur d'un véhicule en ordre de marche. - cheval SAE : puissance d'un moteur sur banc d'essai avec un minimum d'accessoires (pas

d'alternateur, de ventilateur...), évidemment supérieure à la puissance DIN. (SAE en français pourrait signifier Sans Aucun Equipement)

- cheval CUNA : puissance d'un moteur sur banc d'essai sans aucun accessoire. - BHP : les britanniques avaient leur unité propre valant 1,0139 ch.

La puissance fiscale chère à nos concitoyens ne sert qu'au calcul du coût de la vignette et de la carte grise, le mot puissance devrait être remplacé par taxe.


Tension superficielle newton par mètre N/m 1 kg/s2

Intensité énergétique watt par stéradian W/sr langley Ly 1 cal/cm2

ancienne unité CGS étym. : vient du savant Samuel Langley (1834-1906).


Contrainte et pression La contrainte est un vecteur dirigé comme la force. Elle peut être oblique : s'il est normal, on le nomme pression ; s'il est tangentiel, on le nomme cission. pascal

Pa 1 N/m2 En météorologie, on utilise l'hectopascal (hPa), très proche du millibar. étym. : vient du savant Blaise Pascal (1623-1662).

atmosphère atm 1 015 mbar ou 1,013 25.105 Pa atmosphère technique at 9,806 65.104 Pa bar bar 105 Pa

autrefois appelé hectopièze (hpz) Cette unité ne doit être utilisée que pour la mesure de pression de fluides. étym. : vient du grec baros, poids, pesanteur.

barye b 1 dyne/cm2 soit 10-1 Pa millimètre d'eau mm H2O 9,806 65 Pa pièze pz 1 sthène/m2 soit 103 Pa

étym. : vient du grec piezein, comprimer.

torr ou millimètre de mercure

Torr, mm Hg

1 mm de Hg à 0°C soit 1,333 22.102 Pa 1 atm = 760 torrs Cette unité ne doit être utilisée que pour des mesures de pression sanguine ou fluide corporel. On l'utilise malgré tout encore dans le domaine du vide. étym. : vient du savant Evangelista Torricelli (1608-1647).

kilogramme force par centimètre carré

kgf/cm2 0,98 bar ou 9,8.104 Pa

anglo-saxonne baryl 1 dyne/cm2 ou 10-1 Pa inch of water in H2O 2,490 89 .102 Pa inch of water column inwc 2,490 89 .102 Pa

utilisé dans le cas de dépression

foot of water ft H2O 2,989 07.103 Pa inch of mercury in Hg 3,386 39 .103 Pa ounce-force* per square inch

4,309 23 .102 Pa

pound-force* per lbf/in2 ou 6,894 76.103 Pa


square inch psi pound-force* per square foot

lbf/ft2 47,880 3 Pa

long ton per square inch

1,544.107 Pa

kilopound-force* per square inch ou kip per square inch

ksi, kip/in2 1000 psi ou 6,894 76.106 Pa

(*) ATTENTION ll arrive fréquemment que le mot "force" soit omis. ex : pound per square inch (psi)


Viscosité dynamique ou viscosité pascal-seconde Pa.s 1 N.s/m2

Viscosité dynamique d'un fluide dans lequel le mouvement rectiligne et uniforme, dans son plan, d'une surface plane, solide, indéfinie, donne lieu à une force retardatrice de 1 newton par mètre carré de la surface en contact avec le fluide homogène et isotherme en écoulement relatif devenu permanent, lorsque le gradient de la vitesse du fluide, à la surface du solide et par mètre d'écartement normal à ladite surface, est de 1 m/s.

poise, centipoise P ou Po cP ou cPo

10-1 Pa.s 1 g/cm.s en unité CGS. On rencontre fréquemment la centipoise (10-2 P ou 10-3 Pl) et autrefois la myriapoise (104 P). Le décret 2003-165 du 27/2/2003 a confirmé l'interdiction de l'utilisation de la poise depuis le 31/12/1985. étym. : apocope de Poiseuille, scientifique français

poiseuille Pl 1 Pa.s 1 kg/m.s en unité MKS. étym. : vient du savant Jean Louis Poiseuille (1797-1869).

dyne-seconde par centimètre carré

1 dyn.s/cm2 = 0,1 Pa.s ou 1P

sthène seconde par mètre carré

1 sn.s/m2 = 103 Pa.s ou 104 P

kilogramme force- seconde par mètre carré

1 kgf.s/m2 = 9,806 65 Pa.s

anglo-saxonne reyn 1 lbf.s/in2 soit 6,895.103 Pa.s

étym. : apocope de Osborne Reynolds (1842-1912), on prononce "ren".

pound force-second per square inch

1 lbf.s/in2 = 6,895.103 Pa.s ou 1 reyn

pound force-second per square foot

1 lbf.s/ft2 = 47,880 26 Pa.s

poundal-second per square foot

1 pdl.s/ft2 = 1,488 164 Pa.s

slug per inch-second 1 slug/in.s = 574,563 Pa.s


slug per foot-second 1 slug/ft.s = 1 lbf.s/ft2 ou 47,880 26 Pa.s pound per inch-second 1 lb/in.s = 17,857 968 Pa.s pound per foot-second 1 lb/ft.s = 1,488 164 Pa.s

La viscosité dynamique Lorsqu'un fluide s'écoule, l'ensemble que l'on peut considérer comme plusieurs couches ne s'écoule pas à la même vitesse. Soit 2 couches successives d'épaisseur dh appelées 1 et 2, de surface S et se déplaçant respectivement à la vitesse V1 et V2 telle que V2 > V1. Il existe une force F liant ces couches, définie par la relation :

F = η . S . dV / dh où η est le coefficient de viscosité dynamique. ATTENTION, la viscosité dynamique varie avec la température. Il existe deux types de fluides : - Les fluides newtoniens satisfont à la loi de Newton. Ils ont un coefficient de viscosité indépendant du gradient de vitesse. C’est le cas des gaz, vapeurs et liquides purs de faible masse molaire. - Les fluides non-newtoniens sont des solutions de polymères, des purées, des gels, des boues, du sang, la plupart des peintures... L’étude de ces fluides relève de la rhéologie. Autres viscosités Viscosité Brookfield Cette viscosité est mesurée par la torsion d'un ressort engendrée par la rotation d'un disque dans un fluide. La plage de mesure du viscosimètre est déterminée par la vitesse de rotation du disque, sa dimension et forme, le couple du ressort et la température. La viscosité est mesurée en centipoises ou millipascals-seconde. La mesure de la viscosité apparente ou Brookfield des plastiques ou résines à l'état liquide ou en émulsion ou dispersion fait l'objet de la norme internationale ISO 2555 (1989). La méthode ASTM D 2983 décrit la mesure de la viscosité des lubrifiants à basse température. @ consulter - Cours de Lubrification de J. Frène - Université de Poitiers (chapitre 2.pdf)

http://www.unit-c.fr/Members/jfrene/learningfolder/learningfolder.2004-09-06.4824401941/learningfolder.2004-09-06.5902402415/learningfile.2004-09-06.4091717745/attachment_download/file





Viscosité cinématique mètre carré par seconde

m2/s 1 m2/s Un fluide dont la viscosité dynamique est de 1 Pa.s et la masse volumique de 1 kg/m3 possède une viscosité cinématique de 1 m2/s.

stokes, centistokes St, cSt 10-4 m2/s ou 1 cm2/s ancienne unité CGS. On rencontre fréquemment le centistokes cSt valant 10-2 St ou 1 mm2/s. L'eau à 20°C a une viscosité d'environ 1 cSt. Le décret 2003-165 a confirmé l'interdiction de l'utilisation du Stokes depuis le 31/12/1985. étym. : vient du savant George Stokes (1819-1903).

anglo-saxonne lentor 1 St

ancien nom du stokes étym. : du latin lentor signifiant souplesse, viscosité.

square inch per second 1 in2/s = 6,451 6.10-4 m2/s square foot per second 1 ft2/s = 9,293 04.10-2 m2/s

La viscosité cinématique

La viscosité cinématique ν caractérise la vitesse d'écoulement d'un fluide dans un tube capillaire. Elle est définie comme le quotient de la viscosité dynamique η d'un fluide par sa masse volumique ρ.

ν = η / ρ Il existe également d'autres unités définies à l'aide de viscosimètres dits empiriques, soit par la durée l'écoulement, à travers un orifice d'une certaine quantité d'un fluide, soit par le quotient de la durée d'écoulement par celle d' un autre fluide de référence. Viscosité Engler Le viscosimètre Engler permet la mesure du temps d'écoulement de 200 cm3 de fluide. Le degré Engler (°E) est le quotient de ce temps par celui résultant de l'écoulement de 200 cm3 d'eau à 20°C sans autre force que celle de la pesanteur. C'est une unité sans dimension. Utilisé en Europe dans le domaine des huiles et hydrocarbures, il a été abandonné en 1978. On le rencontre encore sur les bidons d'huile moteur automobile 10Wxx. Correspondance entre degré Engler et centistokes. Viscosité (cSt) = 7,581°E - 2,305


Viscosité Saybolt ou Saybolt Universal Viscosity (SUV) On mesure le temps en secondes nécessaire à 60 cm3 de fluide pour passer dans un orifice du viscosimètre Saybolt universel à une température donnée et dans des circonstances spécifiques (méthode ASTM D88). L'unité est la seconde (Saybolt Universal Seconds SUS ou Seconds Saybolt Universal SSU). La viscosité Saybolt est utilisée aux USA dans le domaine commercial des lubrifiants. Viscosité Saybolt Furol Durée en secondes (Seconds Saybolt Furol SSF), nécessaire à l'écoulement de 60 cm3 de fluide dans un tube capillaire à des températures données entre 20 et 110ºC. Cette méthode convient à des huiles à viscosité élevée comme les huiles pour boîtes de vitesses et engrenages, et les huiles lourdes (méthode ASTM D88). Viscosité Redwood Cette viscosité est caractérisée par la durée d'écoulement en secondes de 50 cm3 d'huile dans un viscosimètre Redwood standard à une température donnée (méthode IP 70). Il existe deux types de viscosimètres (standard et admiralty) selon que le débit est inférieur ou supérieur à 2000 secondes. La viscosité Redwood est utilisée en Grande Bretagne. Autres anciennes viscosités : La viscosité Barbey (degré) se mesure en mL/h alors que les viscosités Demmler, Ford Cup, Gardner, Narsh Funnel, Parlin Cup, Mac Michael, Zahn Cup, Sormer load, Pratt and Lambert... se mesurent en secondes. @ consulter

Les facteurs de correction (Pump Handbook) http://www.rampump.com/handbook/conversion.html

http://www.rampump.com/handbook/conversion.html


Mesure de dureté AVERTISSEMENT : La dureté est un indicateur d'une caractéristique mécanique d'un matériau qui dépend essentiellement d'un mode opératoire précis. Les valeurs des unités employées, bien qu'identiques, ne sont comparables que pour une méthode donnée. La dureté (MPa) est exprimée par le rapport, affecté d'un coefficient, de la charge (N) à la surface de l'empreinte (mm2).

Méthode consistant à appliquer sur une surface légèrement polie dureté Brinell MPa - une bille en acier spécial très dur (diamètre

10 mm, charge 3 000 kg max). étym. : du nom de Johannes Brinell (1849-1925).

dureté Knoop MPa - pyramide en diamant très aplatie à base rectangulaire (charge max 100 g). étym. : du nom de Frederick Knoop ().

dureté Vickers MPa - un diamant pyramidal dont l'angle au sommet entre deux angles opposés est de 136°, sous une charge déterminée (1 à 120 kg). étym. : du nom de la société Vickers en Angleterre, où la méthode fut développée vers 1920.

La dureté (MPa) est exprimée par le rapport, affecté d'un coefficient, de la charge (N) à la profondeur de l'empreinte (mm).

Méthode consistant à appliquer sur une surface légèrement polie dureté Rockwell - une bille ou un diamant conique de 120° d'angle

au sommet ayant une extrémité sphérique de 0,2 mm de diamètre.

échelle de Mohs Échelle de dureté définie par l'aptitude à rayer.

Si une pierre est capable d'en rayer une autre, elle est donc plus dure. 1-2 : pierres tendres 3-6 : dureté moyenne. L'élément le plus dur étant le diamant, 10 et le plus tendre le talc, 1. étym. : du nom de Friedrich Mohs (1773-1839).


Résilience joule par mètre carré J/m2

mesure la résistance des matériaux aux chocs

Raideur newton par mètre N/m

mesure la résistance des matériaux à la flexion.

Débit ou flux mètre cube par seconde

m3/s

litre par seconde L/s 10-3 m3/s lusec 10-3 m3/s

sous une pression de 0,133 322 Pa ou 1 µm Hg soit 1,33.10-4 Pa.m3/s ou watt

clusec 10-5 m3/s ou 10-2 lusec un clusec représente un flux de 10 mL/s à la pression de 1 µm Hg. étym. : acronyme de centi-lusec

sverdrup 10-6 m3/s étym. : du nom de l'océanographe norvégien Harald Ulrik Sverdrup (1888-1957).

anglo-saxonne sccm 1,666.10-8 m3/s

à 0°C et pression atmosphérique standard soit : 1,66.10-3 Pa.m3/s ou 1,27.10-2 torr.L/s utilisé dans le domaine du vide étym. : sccm signifie standard centimètre cube par minute.

sim 103 sccm ou 1,666.10-5 m3/s cumec 1 m3/s ou 35,314 7 ft3/s cusec ou cfs

1 ft3/s ou 28,316 85.10-3 m3/s

minersinch 1,5 ft3/min ou 7,079 2.10-4 m3/s


Fluidité rhé 1 (Pa.s)-1 ancienne unité.

La fluidité est l'inverse de la viscosité étym. : vient du grec, rhein s'écouler et donnera rhéologie.


Perméabilité, perméance La perméabilité est l'aptitude que possède un matériau à permettre le transfert d'un fluide ou d'un gaz. - Les géologues qui considèrent l'écoulement de l'eau ou d'huile à travers des roches poreuses (réseau connecté) sous l'effet d'une pression, parlent de perméabilité hydrodynamique et la mesure en mètre carré. - L'industrie de la construction considère la perméabilité comme une diffusion dont le flux est proportionnel au gradient de concentration. Pour les gaz et vapeurs, les pressions partielles sont utilisées à la place des "concentrations". Deux caractéristiques sont utilisées selon que l'on s'intéresse à l'aptitude à transmettre ou à freiner, la perméabilité et la perméance. La perméabilité hydrodynamique

mètre carré m2 centimètre-gramme-seconde

cm.g.s Utilisé par les géologues dans la prospection pétrolière.

centimètre par seconde

cm/s Utilisé en hydraulique.

1 darcy = 0,961 5.10-3 cm/s ancienne darce 10-12 m2

Valeur arrondie du darcy.

darcy D 9,87.10-13 m2 Correspond à l'écoulement d'un centimètre cube de fluide d'une centipoise de viscosité durant une seconde à travers un matériau d'un centimètre carré de section et d'un centimètre d'épaisseur sous un différentiel de pression d'une atmosphère. Utilisé par les hydrogéologues et par les pétroliers. ancienne unité CGS adoptée en 1934. étym. : vient du savant Henry Darcy (1803-1858).

perm 10-4 m2

ancienne unité CGS.

La loi de Darcy

La loi de Darcy relie un débit à un gradient de pression grâce à la perméabilité k du milieu traversé. Soit une tranche (de porosité isotrope) mince d'épaisseur dx et de section S parcourue par un débit volumique Q d'un fluide de viscosité µ sous un différentiel de pression dP,


alors

€

Q =S.kµ.dPdx

où k est la perméabilité du milieu.

En système CGS, avec Q (cm3/s), S (cm2), µ (Po, 1 poise = 1 g/cm.s), P (b, 1 barye = 1 dyne/cm2, 1 dyne = 1 g.cm/s2), alors k s'exprime en cm2. Si la pression est en atmosphère et la viscosité en centipoise, k s'exprime en darcy et vaut 9,87.10-9 cm2. En système MKSA, la perméabilité s'exprime en m2. Si on exprime les unités en système SI, l'unité de perméabilité vaut 1,013 25.1012 darcy. Le sable de plage a une perméabilité de quelques darcys alors que la perméabilité des matériaux se mesure en millidarcys.

Le taux de transmission d'un gaz, ou flux, est la quantité de gaz transmise à travers une surface par unité de temps et dans des conditions spécifiées de température, d'humidité relative et d'épaisseur (unité : kg/s.m2). La perméance définition : rapport du taux de transmission à la différence de pression du gaz entre les deux faces de l'éprouvette.

kilogramme par second -mètre carré-pascal

kg/s.m2.Pa

anglo-saxonne US perm 1US perm = 1 grH20 / hr.ft2.inch Hg

1US perm = 5,745 25.10-11 kg / s.m2.Pa Correspond à un flux de vapeur d'eau contenant un grain d'eau par heure, à travers une surface d'un pied carré sous un différentiel de pression d'un pouce de mercure.

metric perm 1metric perm = 1 gH20 / j.m2.torr 1metric perm = 8,681.10-11 kg / s.m2.Pa 1metric perm = 1,517 US perm Correspond à un flux de vapeur d'eau contenant un gramme d'eau par jour, à travers une surface d'un mètre carré sous un différentiel de pression d'un millimètre de mercure.

La perméabilité définition : quantité de gaz transmise à travers une surface par unité de temps, de pression et d'épaisseur.

kilogramme par seconde-mètre-pascal

kg/s.m.Pa

anglo-saxonne US perm-inch 1 US perm-inch = 1,459 29.10-12 kg/s.m.Pa


Remarques...

- La perméance est donnée en kg / s.m2.Pa. Sachant qu'un pascal est un newton par mètre carré... la perméance pourrait s'exprimer en secondes par mètre (s/m) et la perméabilité en secondes (s). - Certains donnent différentes valeurs à la perméance, en fonction de la température (0 et 23°C) pour compenser la valeur du pouce de mercure du fait de la variation de sa masse volumique. C'est inutile car le mercure a été choisi pour sa très faible variation de densité et par convention, ce type de pression a été déterminé pour une masse volumique fixe de 13 595,1 g/L. - Le lien qui relie perméance et perméabilité et le même que celui qui relie résistance et résistivité. Le premier tient compte de l'épaisseur (ou longueur) réelle et l'autre, pas. Application à la diffusion de la vapeur d'eau dans le domaine de l'isolation thermique

La norme NF EN 12086 concerne les "Produits isolants thermiques destinés aux applications du bâtiment" : Détermination des propriétés de transmission de la vapeur d'eau. Les normes 12087 et 12088 s'intéressent à l'absorption d'eau à long terme. définitions des termes utilisés - δ est la perméabilité à la vapeur d'eau d'un matériau (indépendant de l'épaisseur). δair = 1,85.10-10 kg/s.m.Pa - μ est le coefficient ou indice de résistance à la diffusion de vapeur d'eau du matériau. μ = δair/ δ donc μair = 1 - e est l'épaisseur du matériau.

- Rd, la résistance à la diffusion de vapeur d'eau, dépendant de l'épaisseur du matériau. Rd = e . μ / δair Rd = e / δ, en s.m2.Pa/kg Rd est l'inverse de la perméance Z : Z = 1/Rd

- Sd est la lame d'air équivalente à la résistance, elle est exprimée en mètre, unité moins sujette à erreur. Sd = μ. e Sd = Rd . δair exemple : la résistance à la diffusion de vapeur d'eau de 15 cm de béton est d'environ 1011 Pa.m2.s/kg, soit une lame d'air équivalente de presque 20 m.

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La réglementation française (classement ISOLE) classe le comportement des matériaux aux transferts de vapeur d'eau en 5 niveaux E1 à E5. La perméance à la vapeur d'eau figure dans le Certificat ACERMI des matériaux par l'indication des caractéristiques μ ou Z, reprise par le niveau E du classement ISOLE). Les ouvrages doivent être conçus afin qu’il n’y ait pas de condensation au sein des parois ou en surface de celles-ci.

niveau perméance Z = 1/Rd (mg/m2.h.Pa)

résistance Rd (m2.h.Pa/mg)

E1 E2 E3 E4 E5

> 2,25 0,45 à 2,25

0,113 à 0,45 0,0075 à 0,113

< 0,0075

< 0,44 0,44 à 2,22 2,22 à 8,85 8,85 à 133

> 133 - les niveaux E du classement ISOLE -


Rôle du pare-vapeur l'isolation d'une habitation Le pare-vapeur stoppe l’air chaud et humide afin d’éviter la formation de condensation du côté froid. Il doit impérativement être placé du côté chaud de l'isolant, soit à l'intérieur dans les pays froids et à l'extérieur dans les pays chauds. Le pare-vapeur doit être étanche à la vapeur (Z < 0,1 US perm). En dessous de 1 perm, on parle de freine-vapeur. Dans le cas d'une toiture, il ne faut pas le confondre avec le film de sous-toiture qui constitue une barrière contre la poussière, la neige et les infiltrations d’eau et qui doit être perméable à la vapeur d'eau qui aurait éventuellement traversé le pare-vapeur, il est du type HPV (haute perméabilité à la vapeur d’eau). Le calcul de la perméance est défini dans l'ASTM E 96. La norme DIN 53122 donne la perméance en g / j.m2 (1 g / j.m2 = 4,84.10-12 kg / (s.m2.Pa). Les complexes isolants Pour les complexes isolants (ex : plaque de plâtre + polystyrène), la DTU 25.42 (directive technique unifiée) établie par le CSTB (Centre scientifique et Technique du Bâtiment) institue 3 classes de perméance nommée P1 à P3. P1 : destiné aux parois en maçonnerie dont la résistance thermique est supérieure à 0,086 m2.K / W, en dehors des zones froides. P2 : destiné aux parois en béton plein d'épaisseur inférieure à 15 cm dont la résistance thermique est inférieure à 0,086 m2.K / W. P3 : destiné aux zones très froides (T < -15°C ou altitude > 600 m en zone H1).

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@ consulter : - http://www.acermi.com/rt/exemple1.pdf

perméance P (mg / h.m2. mm Hg)

classes complexe sandwich P1 P2 P3

P > 60 60 > P > 15

P < 15

P > 300 300 > P > 15

P < 15

http://www.acermi.com/rt/exemple1.pdf

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Les Unités Mécaniques - utc.frtthomass/Themes/Unites/unites/cat/mec/Les unites... · Les unités mécaniques: 3 Vitesse m mètre par seconde m/s kilomètre par heure km/h 1 000