Dynamique et Vibroacoustique des Interfaces Hétérogènes : application aux contacts secs et lubrifiés – DyVIn

Ce projet concerne l'étude des phénomènes transitoires du frottement sec et lubrifié et particulièrement les vibrations induites du frottement. Les vibrations induites par le frottement apparaissent dans divers phénomènes indésirables comme la rupture du film lubrifiant, les vibrations structurales, le bruit de frottement etc. Avec la force de frottement et l'usure, les vibrations induites peuvent être considérées comme les trois conséquences du frottement. - - Jusqu'à présent, les tribologues ont prêté peu d'attention aux phénomènes temporels rapides. L'idée la plus répandue sur le mystère de la friction est que son explication fondamentale réside dans l'exploration des petites échelles spatiales. Les appareils à force de surface (SFA) et les microscopes à force atomique (AFM) ont été développés selon cette idée. Les approches théoriques du frottement aux petites échelles comme la simulation dynamique des mouvements moléculaires sont le sujet d'études très poussées. Cependant, bien qu'elles soulignent le caractère non linéaire du frottement, elles n'ont pas encore pu expliquer avec certitude les lois simples d'Amontons. Il apparaît alors que des avancées théoriques sont nécessaires avant de clore définitivement la question de l'origine fondamentale du frottement. - - Les phénomènes transitoires en friction sont habituellement le sujet d'étude des acousticiens qui ont analysé le bruit de frottement depuis longtemps. Mais, en général, les courtes échelles temporelles ne sont pas encore étudiées d'une manière aussi poussée que les petites échelles spatiales. - - Dans ce contexte, l'étude se focalise sur le développement d'expérimentations, de simulations numériques et de modèles théoriques sur quelques phénomènes où les vibrations induites jouent un rôle crucial. Il s'agit de : - la dynamique des milieux confinés - les contacts lubrifiés multi-phasiques - la tribologie et la vibroacoustique des contacts élastomères - la dynamique et la vibroacoustique du contact sec et rugueux - la dynamique non linéaire des contacts hertziens avec impacts - - Dans ce projet, il est prévu de développer plusieurs expérimentations : - à l'échelle moléculaire, le tribomètre moléculaire (Surface Force Apparatus de l'Ecole Centrale de Lyon) sera modifié pour accroître sa bande spectrale d'analyse. Une telle modification permettra d'étudier le caractère non linéaire de la dynamique des interfaces élastomères et le comportement des lubrifiants aqueux dans le contact (émulsion par exemple). - à l'échelle mésoscopique, le tribomètre à cinématique contrôlée (utilisé entre autres pour l'étude des régimes élasto-hydro-dynamiques, EHD) sera modifié pour analyser les régimes transitoires. L'acquisition récente d'une caméra vidéo haute vitesse au LTDS fait de ce tribomètre une plateforme d'observation du contact et permettra d'observer des phénomènes qu'il n'était pas possible d'atteindre à ce jour. - à l'échelle macroscopique, un tribomètre acoustique permet d'étudier le bruit de rugosité et des vibrations induites. Le bruit et les vibrations induites par la friction d'un contact sec et rugueux seront mesurés et étudiés en détail. Une observation directe des impacts sur des surfaces à rugosité macroscopique est prévue avec la caméra vidéo haute vitesse. En second lieu, le dispositif à vibro-impacts hertziens permettant l'étude des phénomènes non linéaires du contact normal sera modifié pour intégrer le contact rugueux et tangentiel. - - En parallèle de ces expériences, des simulations numériques seront effectuées et leurs résultats seront comparés à ceux de l'expérience. Ceci concerne la simulation d'un film élasto-hydro-dynamique, celle du contact rugueux et la prédiction du transfert d'énergie vibratoire. - - Grâce à ce projet, une meilleure compréhension des phénomènes de friction est attendue dans les cas de contacts sec ou lubrifié. La multitude de spots en contact au cours d'une interaction, leur courte durée et leur nature aléatoire