Notes de cours CTN-326 Fichier

Université du Québec
École de technologie supérieure
Département de génie de la construction
1100 Notre-Dame Ouest, Montréal, Québec,
H3C 1K3
CTN-326
MÉCANIQUE DES FLUIDES ET THERMODYNAMIQUE
Notes de cours
par: François Brissette
Ces notes sont basées sur le matériel pédagogique
développé par Robert Leconte et François Brissette
Rédigé : Septembre 1997
Révisé : Août 2002
Révision majeure : Décembre 2007
Révisé : Avril 2008
Révisé : Hiver 2009
Révisé : Automne 2012
Révisé : Décembre 2012

Préface
Bien que basées sur la vision personnelle des professeurs Brissette et Leconte, ces notes de cours sont en
partie inspirées d’ouvrages et de littérature existants. Parmi ceux-ci, deux excellents volumes doivent être
mentionnés :
Van Wylen, G.J., Sonntag, R.E., 1981, Thermodynamique appliquée, traduit par Pierre Desrochers,
Éditions du Renouveau Pédagogique Inc., 736 pp.
Daugherty, R.L., Franzini, J.B., Finnemore, E.J., 1985, Fluid mechanics with engineering applications,
eight edition, McGraw Hill, 598 pp.
Tout le texte de ces notes de cours est original. Quelques figures et problèmes ont été empruntés, entre
autres des deux sources ci-haut.
Dans la version originale des notes de cours, plusieurs problèmes avaient été tirés des notes du cours de
ING-130 par Adil Benmassaoud et Éric David version décembre 1996. Il faut noter que ces problèmes
n’étaient pas originaux et venaient de plusieurs sources non citées.
Un des buts de la révision majeure de ces notes de cours en décembre 2007 a été d’éliminer ces problèmes
empruntés. Sauf oubli ou erreur, la très grande majorité des problèmes de ces notes de cours sont donc
originaux.
Sincères remerciements à Mélanie Trudel pour avoir effectué une révision complète de ces notes de cours
à l’hiver 2009.

Chapitre 1 : Propriétés des fluides
CTN-326 : Mécanique des fluides et thermodynamique 1-1
Chapitre 1
Propriétés des fluides
Objectifs
La maîtrise des notions présentées dans ce chapitre devrait vous permettre de pouvoir :
• expliquer les termes fluides, gaz, thermodynamique, mécanique des fluides et hydraulique;
• définir conceptuellement et mathématiquement les notions d’énergie et de travail ainsi que de
la transformation d’énergie;
• nommer les unités standards du Système International, pouvoir les manipuler facilement et
effectuer les conversions d’unités courantes;
• définir les principales propriétés des fluides gazeux et liquides, conceptuellement et
physiquement;
• différentier les fluides et solides sur la base de leur propriété mécanique;
• comprendre et expliquer les variations des principales propriétés des fluides en fonction de la
température;
• résoudre des problèmes simples mettant en relief les propriétés de base des fluides.

Chapitre 1 : Propriétés des fluides
CTN-326 : Mécanique des fluides et thermodynamique 1-2
1.1 Introduction générale
La thermodynamique et la mécanique des fluides sont des sciences fondamentales importantes
pour plusieurs aspects de la tâche d’un ingénieur. Les principes de base de ces sciences datent
tous de plusieurs décennies et même centaines d’années dans plusieurs cas. Leur apprentissage
et compréhension sont fondamentaux pour les notions plus avancées qui suivront dans plusieurs
autre cours tels que hydraulique et hydrologie, mécanique des sols, génie de l’environnement,
hydraulique urbaine er ressources hydriques pour ne nommer que ceux-là . En tant que futur
ingénieur en construction, vous êtes particulièrement bien placé pour savoir que la construction
sur des fondations minées est une entreprise périlleuse. Donnez à ce cours l’attention et le travail
qu’il mérite.
Ce cours est principalement orienté sur la partie mécanique des fluides dont la compréhension est
plus essentielle à la suite du programme en génie de la construction. En thermodynamique,
l’accent sera mis sur les principes de base nécessaires aux applications de la climatisation et aux
échanges de chaleur qui sont importants dans les bâtiments.
1.2 Définitions
Mécanique des fluides : science qui étudie les propriétés des fluides selon les lois de la
mécanique et de la thermodynamique
Thermodynamique : 1) Étude de l’énergie et de ses transformations 2) partie de la physique qui
traite des relations entre les phénomènes mécaniques et calorifiques
Hydraulique : mécanique des fluides appliquée à l’eau, principalement sous forme liquide
Fluide : substance qui se déforme d’une manière continue sous l’effet d’une force de
cisaillement, peu importe la grandeur de cette dernière.
Cette définition diffère grandement de celle d’un solide où pour une contrainte donnée
correspond une déformation finie et non pas continue. Cette définition peut se présenter de la
manière suivante :
Plaque de superficie A
y
F
v

Chapitre 1 : Propriétés des fluides
CTN-326 : Mécanique des fluides et thermodynamique 1-3
La force requise pour déplacer la plaque est proportionnelle à l’aire de la plaque, à la vitesse à
laquelle cette dernière se déplace, et inversement proportionnelle à l’épaisseur de fluide de telle
sorte que :
En remplaçant la force par sa contrainte de cisaillement (F/A) et en remplaçant la
proportionnalité par l’introduction d’une constante µ, on retrouve :
Ou dv/dy représente le taux de déformation du fluide. Nous reviendrons sur la signification de la
constante de proportionnalité dans une prochaine section.
Les fluides peuvent être séparés en deux grandes catégories: les gaz et les liquides. Les
propriétés des gaz et des fluides diffèrent grandement, mais à la base, les deux respectent
l’équation 1.2 qui les classe dans une catégorie à part des solides.
1.3 Notions d'énergie
La notion d’énergie occupe une place prépondérante dans notre société qui est d’abord et avant
tout basée sur sa consommation.
L’énergie peut se définir comme une capacité d’effectuer un travail ou de provoquer un débit de
chaleur. L’ingénierie en tant que discipline est en grande partie basée sur la transformation
F
A v
y 1.1
α
τ µ
dv
dy 1.2
=
dv/dy (sec-1)
τ (Pa)
Fluide newtonien
Fluide non newtonien
Plastique idéal
Fluide idéal