Apport du Machine Learning dans la caractérisation des débris d’usure et la prédiction des phénomènes tribologiques
Débris d’usure - Indices connexes en tribologie

La tribologie, « Science Carrefour », a été successivement abordée sous trois angles différents lors des dernières soixante années. La première approche qui concerne en particulier la tribologie des volumes a permis la détermination de lois de comportement de frottement et d’usure. Elle repose avant tout sur les concepts de la mécanique et les matériaux sont réduits à quelques propriétés fondamentales intrinsèques (module d’Young, coefficient de Poisson, dureté…). L’échelle considérée est alors d’ordre macroscopique. La deuxième approche s’intéresse à la tribologie des surfaces et vise plus spécifiquement l’étude des matériaux. Grâce à la mise au point de moyens d’analyse de surface de plus en plus fins et à leur utilisation de plus en plus courante (ESCA, XPS, Auger, SIMS, SDL, AFM…), ceci a introduit la physico-chimie des surfaces et donc la compréhension des comportements tribologiques à l’échelle microscopique, voire nanoscopique. La troisième approche vise la tribologie des interfaces et induit une complémentarité mécanique/matériaux soit un mix des deux premières approches. Elle tient ainsi compte de la notion d’écrans intercalaires statique et dynamique. Les trois outils conceptuels de base de cette approche donnent un rôle déterminant à des éléments interfaciaux (troisième corps) bordant les deux massifs (premiers corps). Ces trois concepts de base sont :

• le triplet tribologique ;

• les mécanismes d’accommodation de vitesse ;

• le circuit tribologique.

La tribologie des interfaces ne permet pas la prédiction des phénomènes, mais fournit un cadre conceptuel, soit une construction logique où l’on peut les répertorier et les classer. Il s’agit d’une théorie-cadre, basée sur des données expérimentales, qui fournit des principes généraux et ouvre à d’autres théories plus spécifiques, avec des possibilités d’innovation.

Notons également que quel que soit le type d’usure, quand des surfaces sont en contact et en mouvement relatif, des débris d’usure donc troisième corps peuvent être générés de manière plus ou moins immédiate. Ceux-ci sont soit éjectés du contact, soit piégés à l’interface des deux pièces antagonistes, pouvant créer encore plus de dommages aux surfaces. La morphologie des débris d’usure est directement reliée à la destruction des surfaces interagissantes et est par conséquent indicatrice des processus d’usure et de leur sévérité. Dès les années 1970, des systèmes d’analyse d’images ont été mis à profit afin de qualifier les débris. Cet article répertorie un certain nombre d’exemples montrant la prise en compte de ces véritables indices permettant de remonter aux scénarii d’« avarie tribologique ». Il sera ainsi décrit les concepts de troisième corps, de circuit tribologique ainsi que les différents descripteurs souvent utilisés pour caractériser les particules d’usure. La technique par ferrographie analytique appliquée aux débris d’usure rencontrés dans les prothèses articulaires illustrera ce domaine particulier de la tribologie.