Analyse d’échantillons : quelles méthodes pour connaître la viscosité ?

Pour s’assurer de la qualité de leurs articles, les fabricants sont invités à effectuer différents tests de performance. S’appliquant aux produits liquides et pâteux, l’analyse de viscosité joue un rôle très important dans diverses industries. Pour l’effectuer, les professionnels utilisent différentes méthodes. Quelle est l’utilité du contrôle de viscosité ? Voici quelques conseils à suivre pour choisir la technique de mesure la plus efficace.

L’importance du contrôle de la viscosité dans l’analyse d’échantillons

La viscosité désigne la capacité d’un fluide à résister à un mouvement par écoulement. Le miel est par exemple beaucoup plus visqueux que l’eau, car il prendra moins de temps pour se vider d’un tube percé. La viscosité est un concept couramment employé dans plusieurs secteurs d’activités, dont le bâtiment et les travaux publics. Elle s’avère également très utile dans l’industrie pétrolière, chimique, pharmaceutique, agroalimentaire et cosmétique. Entre autres, elle sert à évaluer la qualité de différents articles liquides :

• carburant, huiles et produits pétroliers,
• peinture et béton fluide,
• gélatines, chocolats, dérivés laitiers, et produits de brasserie,
• gels coiffants et pour le corps,
• polymères liquides et solvants,
• médicaments, etc.

Dans le cadre de l’analyse d’échantillons, la viscosité joue un rôle capital. Généralement, elle permet de dimensionner les tubes et récipients dans lesquels des produits liquides ou pâteux doivent s’écouler. Elle sert aussi à déterminer la pression qu’une pompe devra fournir à travers son moteur pour faciliter l’écoulement d’un fluide à vitesse ou débit stable. On parle de « pertes de charge ». Vous pouvez aussi analyser la viscosité afin d’estimer le temps qu’il faudra pour qu’un fluide s’écoule totalement d’un tube à force constante, sous le seul effet de la gravité.

La réduction des erreurs de traitement

Dans le milieu industriel, certaines erreurs sont assez fréquentes, notamment au moment de la fabrication des produits. On peut citer entre autres la desquamation, le fendillement, la rugosité, le collage, la formation de cloques et de ponts. L’analyse en amont de la viscosité du produit vous permet d’identifier ces différents problèmes et d’y remédier.

Le respect des normes de qualité

Pour être autorisés sur le marché, les produits de soins doivent remplir un certain nombre de conditions de qualité. Les organismes nationaux et internationaux ont d’ailleurs établi différentes normes auxquelles les fabricants doivent se soumettre. Grâce à l’analyse de la viscosité, vous vous assurez que votre produit a atteint les propriétés rhéologiques requises pour garantir une application simplifiée et une texture adaptée.

La réduction des coûts

Une viscosité inappropriée est susceptible d’impacter négativement l’efficacité d’un article, ainsi que sa rentabilité. Elle entraîne également une augmentation importante de l’utilisation des ingrédients, causant une réduction des marges bénéficiaires. L’analyse de la viscosité est aussi un moyen de limiter la quantité de matériaux jetés en raison de leur mauvaise qualité.

L’amélioration de l’emballage

Une maîtrise approfondie de la viscosité de votre produit peut vous aider à améliorer l’organisation de son processus de conception. Vous réalisez ainsi plus facilement des économies. Par exemple, grâce à la viscosité, un fabricant peut optimiser le flux à travers les tubes et ajuster les distributeurs afin d’obtenir la force requise à l’écoulement, sans excès de remplissage.

Les différentes techniques de mesure de viscosité : comment choisir la bonne ?

Pour mesurer la viscosité d’un fluide, les professionnels utilisent généralement un instrument dénommé viscosimètre. Au fil des années, il a connu de nombreuses évolutions et se décline aujourd’hui sous des modèles très variés. Chacun d’eux présente des caractéristiques, un mode de fonctionnement et des avantages spécifiques.

Le viscosimètre à écoulement libre

C’est la technique la plus répandue pour l’évaluation de la viscosité d’un fluide. La méthode est très prisée, notamment pour sa simplicité et sa capacité à fournir des résultats fiables. Concrètement, le viscosimètre à écoulement libre consiste à calculer le temps en secondes nécessaire pour qu’un récipient troué se vide complètement sous l’effet constant de la gravité. Le contenant utilisé est dénommé coupe et s’apparente à un entonnoir calibré.

Le viscosimètre rotationnel

Simple et pratique, il est utilisé dans de nombreuses industries pour vérifier la viscosité d’un fluide avec plus de précision. Il fonctionne grâce à un moteur qui entraîne la rotation d’un mobile placé dans le produit à analyser par le biais d’un ressort ou d’une tige. Le viscosimètre rotationnel n’est pas très recommandé en dehors de prestations comparatives entre échantillons de même nature. En réalité, les résultats obtenus dépendent souvent des conditions du test et des spécificités du fluide. Leur reproductibilité est d’ailleurs très faible.

Il existe cependant des viscosimètres rotationnels très fiables. C’est le cas du modèle Stabinger. Lors du test de viscosité, le tube dont ils sont équipés est mis en rotation à grande vitesse. Celui-ci contient l’échantillon à analyser ainsi qu’un barreau aimanté. Grâce à un système électronique, la vitesse de rotation de ce dernier est automatiquement calculée. Avec ce type d’instruments, vous pouvez mesurer la viscosité d’une large gamme de produits à des températures variées. Les analyses sont effectuées à un taux de cisaillement inconnu et constant, permettant ainsi la caractérisation de fluides newtoniens.

Le viscosimètre à chute de bille

Il mesure le temps de chute d’une bille dans un fluide afin de déterminer sa viscosité. La méthode est relativement technique et requiert une certaine expertise. Pour avoir des résultats fiables, vous devez connaître précisément la gamme de viscosité d’intérêt afin de choisir en conséquence les composants adaptés. Concrètement, le fluide à tester est déposé dans un capillaire réglementé, suivi d’une bille en acier.

Le dispositif est ensuite placé dans le viscosimètre et la température est régulée. L’appareil va incliner le capillaire selon différents angles et déterminer les durées de parcours de la bille, notamment grâce à une détection magnétique. À partie des valeurs de masse mesurées en parallèle ou données, la viscosité dynamique du fluide est finalement calculée. Ce type de test est effectué à cisaillement constant certes, mais faible. Il est donc seulement compatible avec les fluides newtoniens.

Le viscosimètre vibrant

Cette technique est utilisée pour la prise de mesures en continu, notamment dans le cadre des procédés industriels. Elle consiste à mettre un mobile en vibration dans le fluide à étudier. La valeur d’amplitude obtenue varie alors en fonction de la viscosité du produit. La méthode est particulièrement simple et les données sont faciles à interpréter.

Le rhéomètre capillaire

Il s’agit d’un appareil qui utilise un vérin pour forcer le fluide à traverser une filière de diamètre spécialement calibré à un débit voulu. La méthode permet d’avoir des résultats extrêmement précis. Elle est utilisée dans plusieurs secteurs d’activité. Pour déterminer la viscosité du produit à analyser, il suffit d’évaluer la pression en entrée et sortie de filière, notamment lorsque l’écoulement du fluide est établi. Elle est susceptible de varier fortement en fonction du taux de cisaillement et de la température.

Le viscosimètre Mooney

Tenant son nom du physicien américain Melvin Mooney, il est principalement utilisé par les spécialistes de la fabrication et du traitement d’élastomères. Il est d’une grande utilité dans le cadre de la conception d’articles en caoutchouc. Certains professionnels s’en servent également pour produire des appareils électroménagers et pièces automobiles.

Le viscosimètre de Couette

Il est composé de deux cylindres concentriques. Situé à l’intérieur, le premier est fixe. Quant au deuxième, il est en rotation et se trouve à l’extérieur. Lors de l’analyse, le fluide est positionné au milieu des deux composants. Le niveau de viscosité est alors déterminé par l’évaluation de la force nécessaire pour empêcher la rotation du second cylindre.

Comment choisir la bonne technique de mesure de viscosité ?

Pour choisir le viscosimètre idéal, vous devez tenir compte de la gamme de mesure, du volume d’échantillon et de la température. Selon vos besoins, vous pourrez par exemple opter pour un modèle vous permettant de descendre à-20°C et d’aller à 300°C. Le type de produit est aussi à prendre en compte. Avec certains viscosimètres, vous pouvez travailler sur des liquides, mais aussi sur des produits pâteux qui s’écoulent un peu difficilement. Dans la mesure du possible, accordez une attention particulière à la gamme de vitesse. Un viscosimètre à haut gradient vous permettra par exemple de travailler jusqu’à un taux de cisaillement de 13300 s-1.

Le rôle crucial de la viscosité dans la qualité des produits

Affectant la consistance et la texture des produits, la viscosité joue un rôle important dans le domaine alimentaire. Le niveau rhéologique de certains produits comme les vinaigrettes, le chocolat, les sauces détermine leurs douceur, épaisseur ou sensation en bouche. Par exemple, le ketchup doit être épais afin de rester plus facilement sur les aliments, mais également fluide pour s’écouler plus rapidement.

La viscosité joue aussi un rôle majeur dans l’industrie cosmétique, car elle détermine la texture et la facilité d’application des produits. Une lotion trop visqueuse sera épaisse et par conséquent difficile à étaler. Si elle est trop fluide, elle sera alors coulante et incontrôlable. Sa durée de vie peut en être également affectée.

L’impact de la viscosité dans l’industrie automobile n’est pas négligeable. Pour lubrifier correctement les pièces, une huile à moteur devra s’écouler normalement. Il faut donc qu’elle présente un taux de viscosité optimal.

Viscosimètres rotatifs ou capillaires : quelle est la meilleure option ?

Le viscosimètre rotatif est l’un des appareils les plus utilisés en rhéologie. Il doit sa popularité à sa simplicité et sa facilité d’utilisation. Pour faire des analyses d’échantillons, vous n’avez pas besoin d’être un expert en ingénierie. Le viscosimètre rotatif vous permet de mesurer une gamme très variée de substances et de faire des tests très précis. En fonction du modèle utilisé, vous pouvez même avoir les caractéristiques de débit des fluides dits non newtoniens.

Le viscosimètre capillaire est utilisé dans le milieu industriel depuis très longtemps. Il est particulièrement économique et vous permet de mesurer les fluides newtoniens. Comparé au viscosimètre rotatif, il propose un niveau de précision plus élevé. Cependant, il est équipé d’un tube étroit qui rend son utilisation et son nettoyage plus complexe pour le professionnel. Cet appareil d’analyse de viscosité peut être utilisé dans plusieurs domaines d’activités. Néanmoins, on le retrouve beaucoup plus dans la fabrication de produits pharmaceutiques et pétroliers.

Entre les modèles capillaires et rotatifs, le meilleur viscosimètre sera celui qui correspondra à votre secteur d’activité, vos objectifs en termes de précision et de résultats. N’hésitez pas à demander l’aide d’un spécialiste avant de faire un choix. Il pourra ainsi vous recommander l’appareil le mieux adapté à vos besoins et exigences.

Comment la température influence-t-elle la viscosité des échantillons ?

L’élévation de la température entraîne la dilatation d’un fluide. Par conséquent, celui-ci s’écoule beaucoup plus facilement, notamment en raison de la friction qui est moins importante entre les molécules qui le constituent. Certains produits sont en réalité très sensibles à la température. Face à une variation relativement faible, leur viscosité se modifie radicalement. C’est notamment le cas de l’huile à moteur, de la graisse et de l’adhésif hot-melt. Par contre, il existe aussi des articles qui ne subissent aucun changement malgré une variation importante de la température. Pour avoir des résultats pertinents, vous devez donc effectuer les analyses de viscosité dans des conditions thermiques appropriées.

Outre la température, plusieurs autres facteurs sont susceptibles d’impacter les propriétés rhéologiques de vos produits finis. C’est le cas par exemple de la pression, dont l’augmentation peut occasionner une croissance de la viscosité d’un fluide. L’aspect, les conditions de préparation et de stockage d’un article ont aussi un impact non négligeable. En bref, l’historique du produit mérite une attention particulière. Il faudra donc accorder une importance capitale au taux de cisaillement, temps et matériel de mesure.

Comment trouver le bon laboratoire pour vos analyses ?

En France, il existe de nombreux laboratoires spécialisés dans les analyses de viscosité. Cependant, ils ne possèdent pas tous la même réputation. Grâce à leur expertise, certains bénéficient d’une meilleure fiabilité. Pour choisir le laboratoire idéal, renseignez-vous sur l’équipe technique qui s’occupe des tests. Elle doit être composée d’ingénieurs et de docteurs hautement qualifiés. Les ressources matérielles déployées doivent répondre aux exigences de qualité et de performance. Vérifiez également les différentes solutions proposées :

• mesure d’indice de viscosité sur polymère,
• évaluation de l’indice de viscosité à chaud et à froid,
• analyse de l’indice de viscosité de fluides industriels.

Un laboratoire accrédité sera naturellement mieux outillé pour offrir des services satisfaisants.