Un fluide est une matière qui peut s'écouler et prendre la forme du récipient qui la contient. Les deux principaux types de fluides sont les liquides et les gaz. Contrairement aux solides, ils ne conservent pas une forme fixe.

Les fluides sont présents partout : l'eau des rivières, l'air que nous respirons, le sang qui circule dans notre corps ou encore le pétrole transporté dans des canalisations.

• Un liquide possède un volume propre mais prend la forme de son récipient.
• Un gaz ne possède ni forme ni volume propres et occupe tout l'espace disponible.
• Les fluides peuvent être mis en mouvement : on parle alors d'écoulement.

Les fluides exercent une pression sur les surfaces qu'ils touchent. Plus on descend sous l'eau, plus la pression augmente, car le poids de l'eau située au-dessus devient plus important.

Lorsqu'un objet est plongé dans un liquide, il subit une force dirigée vers le haut appelée poussée d'Archimède. Cette force explique pourquoi certains objets flottent tandis que d'autres coulent.

Les gaz exercent eux aussi une pression. La pression atmosphérique correspond au poids de l'air qui entoure la Terre. Bien que nous ne la ressentions pas directement, elle agit en permanence sur tous les objets et sur notre corps.

L'étude des fluides permet de comprendre de nombreux phénomènes : le fonctionnement des canalisations, des barrages, des avions, des bateaux, des pompes, des seringues ou encore de la circulation sanguine.

Les écoulements des fluides

Les écoulements des fluides décrivent la manière dont les liquides et les gaz se déplacent. Un fluide s'écoule toujours lorsqu'il existe une différence de pression ou lorsqu'il est entraîné par une force, comme la gravité ou un ventilateur.

L'eau d'une rivière, l'air soufflé par un ventilateur, le sang dans les vaisseaux ou le carburant dans un moteur sont autant d'exemples d'écoulements de fluides.

• Un fluide s'écoule généralement d'une zone de forte pression vers une zone de faible pression.
• La vitesse d'écoulement dépend de nombreux facteurs : la différence de pression, la forme du conduit, sa largeur et la nature du fluide.
• Lorsque le conduit devient plus étroit, le fluide circule généralement plus vite afin de conserver le même débit.
• Le débit correspond à la quantité de fluide qui traverse une section pendant un temps donné. Il s'exprime souvent en litres par seconde (L/s) ou en mètres cubes par seconde (m³/s).

On distingue deux principaux types d'écoulement :

• L'écoulement laminaire, dans lequel les différentes couches du fluide glissent régulièrement les unes sur les autres. Il est calme et ordonné.
• L'écoulement turbulent, où apparaissent des tourbillons et des mouvements désordonnés. C'est le cas des rapides d'une rivière ou de l'air derrière une voiture roulant à grande vitesse.

Exemple : lorsqu'on pince légèrement l'extrémité d'un tuyau d'arrosage, l'ouverture devient plus petite. L'eau sort alors beaucoup plus vite, ce qui permet d'arroser plus loin.

La maîtrise des écoulements est essentielle pour concevoir les canalisations d'eau, les réseaux de distribution de gaz, les moteurs, les systèmes de ventilation, les barrages, les avions ou encore les vaisseaux sanguins artificiels.