Forces de frottement selon la surface

[invitef7c2618c]

Bonjour à tous.
J'étudie les forces de frottements appliquées par l'eau sur la coque d'un bateau et j'aimerais savoir si le fait que la surface de la coque soit hydrophobe change quelque chose à l'intensité de ces forces.
Merci d'avance
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[invite19415392]

Oui, ça change quelque chose
Typiquement si ta surface est hydrophobe, tu changes la couche limite (jusqu'à la changer de nature selon les cas) ce qui entraine une différence sur les frottements.

[invitef7c2618c]

Merci de ta réponse.
Crois tu que les changements sont importants ou non?
Pourrais-tu m'expliquer ce qu'est la couche limite car je débute dans le domaine?

[invite6f25a1fe]

La couche limite est un artefacte qu'on utilise pour modéliser un écoulement.

Il faut bien voir qu'en mécanique des fluides, les équations sont très lourdes. On est donc obligé de faire des grosses aproximations. L'une d'entre elle s'appelle "l'hypothèse de fluide parfait". On considère alors que le fluide "glisse" sans frottement contre la paroi. C'est bien utile, mais pas très réaliste. La preuve, c'est que dans le cas de ton bateau, il y a bien un frottement fluide/coque. Cela provient de ce qu'on appelle la viscosité (la capacité du fluide à accrocher, à frotter, contre les obstacles). Ainsi, dans cette 1ere hypothèse, nous avons négliger cet effet (donc pas de frottement etc.)

Pour modéliser ce frottement, on va donc chercher un modèle un peu plus complexe qui provient d'une autre approximation (Prandtl). Dans ce modèle, on fait donc intervenir la viscosité qui fait que le fluide frotte à la paroi. Il ne glisse plus librement comme tout à l'heure. Cependant, les expériences ont montré que cette viscosité avait un effet que très proche de la paroi. Au dela, tout se passe comme si on l'avait négligé, donc comme dans le cas de notre premier modèle (fluide parfait).

Ainsi, on va définir la couche limite comme étant la zone, proche de la paroi, qui est affectée par les effets de viscosité (et donc qui va générer le frottement). Au dela de cette couche, on pourra considérer le fluide comme parfait (glisse librement)

On voit que cette couche est donc très importante pour le frottement (ex: trainée des avions etc.). Si tu changes les materiaux, l'aspect de ta surface etc., il se peut que tu modifies cette couche limite, donc ton frottement. Tu peux parfois tellement la changer qu'elle se met à devenir turbulente (le fluide se met à faire plein de petits tourbillons) et parfois, elle va même jusqu'à se "décoller" de la paroie. Ces grosses modifications de la couche limite, entrainent des modifications du frottement et de la trainee des engins.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef7c2618c]

Merci de ta réponse.
D'après toi, calculer théoriquement ces forces de frottements est-il possible? Si oui sous quelles conditions? Penses-tu que cela va modifier sensiblement l'intensité des forces de frottements?
Si j'étudie uniquement les forces de frottements visqueux, ces frottements vont-ils quand même être pris en compte?

[invite6f25a1fe]

Je pense que c'est difficile, mais on peut l'obtenir. En fait, tout dépend des données dont tu disposes.

En fait, une force de frottement fluide (trainée) est de la forme : avec q la pression dynamique (en V²) et F la surface de traînée qui s'exprime de la façon suivante : ou S est une surface de référence (en générale, la surface mouillée de ton mobile) et Cx le coefficient de frottement qui dépend de la viscosité du fluide, de la forme de ton mobile, mais aussi de l'état de surface de ton mobile (je pense que c'est là qu'intervient ton problème...).
Le problème, c'est que je manque de donner pour t'en dire plus. Il faut surement aller chercher du coté de la mécanique des fluides semi-expérimentale. Tu auras alors des formules ou des données (mais est ce qu'il y a des données pour le problème que tu cherches ???).
Par exemple, je sais qu'on peut trouver la trainée à partir de la trainée d'une plaque plane de même surface de référence S dont on apporte un facteur correctif (facteur de forme). Si tu arrives à trouver ce facteur de forme pour la forme et l'état de surface de ton mobile, alors le tour est joué. Mais je pense que seules quelques entreprises ont ces valeurs (si elles existent), fruit de longues expérimentations, et qui ne sont pas forcément données à tout public.

Mais peut être quelqu'un pourra en dire plus...

Sinon, je n'ai pas compris ta dernière phrase. Si tu relis mon post précédent, tu verras que le frottement est justement un effet visqueux (la viscosité mesure en gros la façon dont ton fluide accroche et frotte à une surface)