mécanismes d'usure par abrasion des élastomères – WEEL

Le projet WEEL vise à apporter de nouvelles connaissances dans la compréhension fondamentale des mécanismes d'usure par abrasion des élastomères renforcés, connaissances qui jetteront les bases de futures améliorations dans la prédiction de la durabilité de ces matériaux. Cet objectif scientifique se décline à travers les questions plus précises suivantes : (i) Quels sont les mécanismes d'initiation et d'évolution de l'usure des élastomères renforcés ? (ii) Comment ces mécanismes sont-ils contrôlés par les conditions de chargement et les conditions cinématiques appliquées au contact ? (iii) Quelle est la distribution spatiale du taux d'usure local ? (iv) Comment le taux d'usure et les mécanismes d'usure sont-ils affectés par la formulation, les propriétés et la microstructure du matériau ?
Notre hypothèse de recherche principale est que les connaissances requises peuvent être obtenues par une analyse avancée de la mécanique du contact qui complètera une étude complète de l’endommagement de surface. Cette dernière sera réalisée à l'aide de tests d'usure dynamique innovants réalisés sur une large gamme d'échantillons bien contrôlés et caractérisés. En soumettant des élastomères renforcés à des chargements dynamiques répétés à des taux de déformation et des amplitudes de déformation élevés, nous testerons notre hypothèse principale selon laquelle les champs de contrainte et déformation locaux qui se développent lorsque l'échantillon entre dans le contact sont les déterminants principaux du modèle d'usure et de la loi décrivant l'usure par abrasion macroscopique qui en résulte. En conséquence, nous proposons de combiner des tests d'usure appropriés avec une étude expérimentale et numérique avancée des champs de contrainte/déformation in-operando à une interface glissante pour mieux comprendre et caractériser les forces motrices locales responsables de l'évolution de l'usure.
Le projet WEEL est organisé en quatre tâches (WP). Dans WP1, des échantillons d'élastomères renforcés représentatifs et bien contrôlés seront élaborés. WP2 sera consacré à l'analyse de l'usure locale des échantillons dans des conditions cinématiques pertinentes pour la durabilité des pneumatiques. WP3 consistera en une étude expérimentale et numérique couplée de la zone de contact et de l'état de déformation local pour les mêmes conditions que WP2. WP4 synthétisera les résultats pour établir un modèle prédictif de l'usure par abrasion des élastomères renforcés, basé sur la physique.
Le projet WEEL rassemble 2 laboratoires publics et une entreprise membre d'un groupe industriel : le LTDS (Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, CNRS - Ecole Centrale de Lyon); l’IMP (Ingénierie des Matériaux Polymères, CNRS - INSA Lyon); Solvay Silica (Collonges-au-Mont-d’Or). Les 3 partenaires ont des domaines d'expertise différents et complémentaires. Ils ont déjà collaboré ensemble dans un passé récent.
Le résultat principal du projet WEEL sera un modèle d'usure amélioré des élastomères renforcés. En identifiant les paramètres matériau et les paramètres mécaniques clé en jeu, le modèle permettra de proposer des matériaux innovants avec une résistance à l'usure, c'est-à-dire une durabilité accrue, tout en conservant bien sûr d'autres performances (dissipation d'énergie, adhérence) à un niveau élevé. Le projet WEEL est avant tout fondamental. Pour la première fois, une approche véritablement multidisciplinaire sera appliquée à ce problème complexe, combinant génie mécanique avancé, physico-chimie et science des matériaux, mécanique et physique avancées des contacts, modélisation, analyse physique multi-échelle. Le projet aborde cependant un domaine à fort impact applicatif potentiel. Etant donné que des conditions tribologiques pertinentes pour l'application (matériaux, cinématique de contact) seront utilisées, il devrait également ouvrir la voie à des essais accélérés pour prédire la durée de vie des élastomères renforcés en conditions réelles.