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TRIBOLOGIE ET LUBRIFICATIONDES SYSTEMES MECANIQUES COURS N°1 1/3 1. DEFINITION

TRIBOLOGIE ET LUBRIFICATIONDES SYSTEMES MECANIQUES COURS N°1 1/3 1. DEFINITION DE LA TRIBOLOGIE Le terme tribologie est relativement récent, il a été proposé par Peter Jost en 1966 et est basé sur le mot grec tribein = frotter et logos = étude. La tribologie est la branche de la mécanique qui étudie le frottement, l'usure et la lubrification des surfaces de contact entre deux solides. Elle s’intéresse principalement aux corps solides ou à l’interaction entre un solide et un lubrifiant liquide (huile), onctueux (graisse) ou granulaire (poudre). La lubrification permet de séparer les surfaces en contact par un film lubrifiant, et donc de limiter le frottement et l’usure. La tribologie est une discipline qui regroupe sciences et technologie. Elle s’intéresse aux interactions entre surfaces en contact, à leurs causes, à leurs effets et aux moyens de les amplifier ou de les réduire. La tribologie intéresse tous les domaines d’activité car tout l’univers technique est essentiellement régi par des contacts. Ainsi on rencontre les notions de tribologie dans des domaines très vastes tels que : La géologie : Tectonique : structure géologique, Sismique Les transports : Terrestre : automobile, trains, …, Maritime et aérien : moteurs, transmission, freinage, …. L’industrie : Organes de machines : paliers, roulements, …, Mise en forme des matériaux, … Les êtres vivants : Articulations, valves cardiaques, … La technologie de pointe : spatial, stockage d’information, … 2. INTERDISCIPLINARITE DE LA TRIBOLOGIE : La tribologie fait appel à de nombreuses sciences fondamentales telles que :  Science des matériaux (élaboration, comportement, …)  Mécaniques des solides,  Mécanique des surfaces,  Physico-chimie des surfaces et des liquides  Physique, chimie. 3. LES DIFFERENTES ECHELLES DE LA TRIBOLOGIE : Les systèmes tribologiques sont très variés et leurs domaines varient du macroscopique au microscopique. Macroscopique Système mécanique cm Mécanique des solides Contact mm Mécanique des surfaces Aire de contact µm Physico-chimie des surfaces Interactions à l’échelle atomique Microscopique TRIBOLOGIE ET LUBRIFICATIONDES SYSTEMES MECANIQUES COURS N°1 2/3 4. HISTORIQUE : La notion de frottement et usure remontent à la plus lointaine antiquité et ont accompagné les progrès de l’humanité. Les hommes primitifs ont façonné par frottement et usure les pointes acérées de leurs outils ou de leurs armes, puis obtenu le feu en heurtant le silex ou en frottant l’un contre l’autre des morceaux de bois. On peut citer les faits marquants liés à la tribologie :  Mise en œuvre du mouvement rotatif pour le perçage au Néolithique (~ 8000 avant J.-C.) ;  Utilisation de pivot dans les tours de potiers et de crapaudines pour les portes en Mésopotamie (~ 4000 avant J.-C.) ;  Apparition de la roue en Mésopotamie (3500 avant J.-C.) ;  Remplacement des glissières par des rouleaux pour déplacer des charges et bénéficier ainsi du facteur de frottement de roulement plus faible que celui de glissement (3000 avant J.-C.) ;  utilisation de lubrifiants en Egypte (vers 3000 avant J.-C.) en particulier dans le transport des charges importantes ;  découverte de l’engrenage en Egypte et Mésopotamie (1000 avant J.-C.)  notions de frottement pendant la période gréco-romaine (400 à 300 avant J.-C.). Au Moyen Age, les progrès porteront sur :  l’utilisation d’huiles végétales ou animales pour la lubrification ;  l’apparition du concept de palier pour les matériels agricoles, l’horlogerie, les moulins à vent et hydrauliques ;  l’utilisation des métaux pour réaliser les paliers, … A la Renaissance, de nouveaux progrès ont été réalisés :  les nombreux études et schémas laissés par LEONARD De VINCI (452 à 1519) sur le frottement de glissement, le roulement, les matériaux de friction, …  la réalisation d’études scientifiques sur les problèmes de tribologie telles que les premières lois du frottement par AMONTON (1699), BELIDO (1737), EULER (1750),…  finalement des lois de frottement par COULOMB (1782) qui furent confortées par les travaux expérimentaux de MORIN (1835). La fin du XVIIIe siècle et le début du XIX virent le développement de la lubrification. Les mathématiciens NAVIER et STCKS (1822) proposent les équations générales du mouvement des fluides prenant en compte leur frottement interne, et POISEUIL étudie l’écoulement d’un fluide dans un tube (1840-1846). Les bases de la lubrification hydrodynamique ont été établit par Lord RAYLEIGH en 1917. Dans le domaine de la mécanique des solides, les études sur les déformations et contraintes de contact par BOUSSINESQ et HERTZ à la fin du XIXe siècle seront reprises par HUBER, STRIBECK et HEATHCOTE au début du XXe siècle et déboucheront sur les théories sur la physique du roulement et sur celles de la lubrification élastohydrodynamique de MARTIN, GRUBIN, DOWSON, qui sont encore étudiées de nos jours. Pendant les cinquante dernières années, la tribologie est devenue une science à part entière. Les recherches se multiplient pour en développer les nombreux aspects :  analyse et description des surfaces techniques jusqu’à l’échelle nanométrique,  étude des contacts lisses ou rugueux, du frottement de l’usure, de l’adhérence, TRIBOLOGIE ET LUBRIFICATIONDES SYSTEMES MECANIQUES COURS N°1 3/3  approfondissement des connaissances dans le domaine de la lubrification (développement de lubrifiants et additifs sans cesse plus performant, conception de nouveaux matériaux ou de nouveaux traitements et revêtement de surfaces,…) 5. ASPECTS INDUSTRIELS ET ECONOMIQUES : De nombreuses enquêtes ont montré que l’impact de la tribologie sur la vie économique et industrielle a été considérable au cours des dernières décennies. En effet, il apparaît que 10 à 30% de l’énergie produite dans le monde est consommée par frottement. Les actions de recherche dans le domaine de la tribologie pourraient réaliser plus de 10% d’économie dans la consommation totale en énergie aux Etats Unis. En ce qui concerne le coût de l’usure, les estimations prennent en compte les coûts matières et les pertes de production. Voici quelques chiffres :  100 milliards de dollars aux Etats Unis en 1975 (étude JOST),  10 milliards de marks en Allemagne en 1976 (étude BMFT),  2,5 milliards de livres dont 20% économisables en Grande Bretagne en 1966 (étude du Département de l’Education et des Sciences),  5 milliards de dollars canadiens au Canada en 1982, dont 25% économisable (étude du National Research Council of Canada),  164 milliards de francs en France en 1994 d’après une estimation du CETIM. 6. PERSPECTIVES DE LA TRIBOLOGIE : La tribologie doit répondre aux exigences du monde moderne et doit affronter des situations nouvelles telles que :  l’accroissement des performances,  la miniaturisation,  les soucis d’économie d’énergie et de matière,  les exigences de fiabilité et de longévité,  la variété des environnements (vides spatial, températures élevées, milieux agressifs,…), Ces exigences conduisent à introduire de nouveaux concepts et de nouvelles solutions. C’est le rôle de la recherche fondamentale et la recherche finalisée. uploads/Science et Technologie/ cours-n1-generalites-sur-la-tribologie.pdf