Modéliser l’écoulement d’un fluide

Ce cours constitue le thème 3 de la partie 2 du programme de l’enseignement de spécialité physique-chimie de la classe terminale de la voie générale.

  • Partie 2 : Mouvement et interactions
    • Thème 1 : Décrire un mouvement
    • Thème 2 : Relier les actions appliquées à un système à son mouvement
      • Chapitre 1 : Deuxième loi de Newton
      • Chapitre 2 : Mouvement dans un champ uniforme
      • Chapitre 3 : Mouvement dans un champ de gravitation
    • Thème 3 : Modéliser l’écoulement d’un fluide

Mots clés et notion importante du chapitre

Poussée d’Archimède, Écoulement d’un fluide en régime permanent, débit volumique, débit volumique d’un fluide incompressible, écoulement incompressible, écoulement permanent, relation de Bernoulli, Effet Venturi, densité, masse volumique.

Objectifs du chapitre

  • Expliquer qualitativement l’origine de la poussée d’Archimède.
  • Utiliser l’expression vectorielle de la poussée d’Archimède.
  • Mettre en œuvre un dispositif permettant de tester ou d’exploiter l’expression de la poussée d’Archimède.
  • Exploiter la conservation du débit volumique pour déterminer la vitesse d’un fluide incompressible.
  • Exploiter la relation de Bernoulli, celle-ci étant fournie, pour étudier qualitativement puis quantitativement l’écoulement d’un fluide incompressible en régime permanent.
  • Mettre en œuvre un dispositif expérimental pour étudier l’écoulement permanent d’un fluide et pour tester la relation de Bernoulli.

I- Introduction

L’étude des fluides est essentielle en physique et en ingénierie. La modélisation de leur écoulement permet de comprendre et de prédire les comportements des liquides et des gaz en mouvement.

La modélisation de l’écoulement des fluides est utilisée dans de nombreux domaines:

  • Médecine : Étude de la circulation sanguine et du fonctionnement des poumons.
  • Industrie automobile et aéronautique : Conception de formes aérodynamiques pour optimiser la résistance à l’air.
  • Génie civil : Étude de la dynamique des fluides dans les conduites et les barrages.
  • Météorologie : Modélisation des courants atmosphériques et des prévisions climatiques.

II- Poussée d’Archimède 

Énoncé du théorème

« Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et égale (et opposée) au poids du volume de fluide déplacé. Cette force est appelée poussée d’Archimède. Elle s’applique au centre de masse du fluide déplacé, appelé centre de poussée. »

Archimède par Domenico Fetti (1620).
Archimède (vers 287-212 avant J.-C.) était un mathématicien, physicien et ingénieur et inventeur grec. Il est considéré comme l’un des plus grand savants de l’Antiquité. Il est surtout connu pour ses travaux sur les fluides, les leviers et les principes fondamentaux de la physique.

Sujets de Bac en lien avec ce chapitre

  • Sujet Amérique du Nord 2025, exercice 2
  • Sujet Amérique du Nord 2025, exercice 3.
  • Sujet Amérique du Nord 2024, exercice 3.
  • Métropole septembre 2024, exercice 1.