Contrainte de cisaillement (HU)

Traduction anglaise : Shear stress

Dernière mise à jour : 05/09/2021

Contrainte mécanique appliquée de manière tangentielle à une face d'un matériau ; comme toute contrainte, elle s'exprime sous la forme du rapport d'une force à une surface (voir figure 1).

$ τ = \frac{F}{A} $

Avec :

• $ τ $ : contrainte de cisaillement (Pa) ;
• $ F $ : Force tangentielle à la face (N) ;
• $ A $ : Surface de la face (m^2) ;

Figure 1 : La contrainte tangentielle appliquée sur la surface $ A $, parallèle à la force $ F $ est égale à $ τ $.

Contrainte de cisaillement en mécanique des fluides

Une contrainte de cisaillement se développe sur chaque particule fluide chaque fois que l'on met un fluide en mouvement sur une surface fixe. Celle-ci est simplement due au gradient de vitesse qui existe entre le fluide d'une part, le fond et les parois d'autre part (voir figure 2). Ces contraintes de cisaillement provoquent une déformation angulaire du fluide, dont l'importance dépend de sa viscosité.

Figure 2 : Le gradient de vitesse qui se développe à partir du fond (ou des parois), immobile(s), est à l'origine de contraintes de cisaillement qui s'applique sur toutes les particules fluides ainsi que sur les particules solides présentes dans l'écoulement.

Une contrainte de cisaillement se développe également pour toute particule ou objet présent dans l'écoulement et conditionne donc le transport solide. Si l'objet est posé sur le fond il sera mis en mouvement dès que cette contrainte deviendra supérieure à une contrainte critique (voir Diagramme de Shields (HU)).

Cette contrainte peut être déterminée en écrivant le bilan des forces qui s'appliquent sur une particule solide posée au fond (voir figure 3).

Figure 3 : Equilibre des forces s'exerçant sur une particule solide posée sur le fond d'un canal soumis à un écoulement ; Source https://vicoin.portail-bassins-versants.fr/IMG/pdf/transport_solide_en_hydraulique_fluviale.pdf.