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RÉSUMÉ
La tribologie est l’étude des phénomènes de frottement, d’adhésion, d’usure et de lubrification entre deux surfaces en contact, mais il s’agit de contacts multiples entre des objets rugueux. Grâce à de nouvelles techniques expérimentales et théoriques (microbalance à quartz, microscope à force atomique, appareil de mesure de force de surface), la nanotribologie permet de dévoiler les mécanismes fondamentaux du frottement, mais ramenés à un contact unique. L’article présente plusieurs exemples pour illustrer la complexité de cette démarche, comme la lubrification par un liquide simple, le frottement entre surfaces adhésives et la déformation des parois de confinement.
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Carlos Drummond : Chargé de recherche au CNRS, Centre de recherche Paul Pascal, université de Bordeaux
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Philippe Richetti : Directeur de recherche au CNRS, - Centre de Recherche Paul Pascal, université de Bordeaux
INTRODUCTION
La tribologie est la science qui étudie les phénomènes qui se produisent lorsque deux surfaces en contact subissent un mouvement relatif. Elle couvre les phénomènes du frottement, de l'adhésion, de l'usure et de la lubrification. La tribologie est une science fondamentalement interdisciplinaire : elle utilise des concepts issus de la chimie, de la science des matériaux, de la mécanique des fluides, de la physique des solides, de la rhéologie, de la cristallographie, de la physico-chimie des surfaces, de la thermodynamique et des mathématiques.
L'étude des forces de frottement est généralement compliquée. Ces forces dépendent de nombreuses variables qui ne peuvent pas toujours être contrôlées simultanément. Souvent, il s'agit d'étudier une interface qui est difficilement observable pendant le glissement. De plus, un certain nombre de processus se déroulent à différentes échelles de longueur et de temps, pouvant aller du macroscopique à l'atomique, de la femtoseconde au siècle. Pour ces raisons, la compréhension fondamentale de l'origine des forces de frottement ou la caractérisation complète d'un comportement tribologique est toujours limitée par les moyens techniques. Lors des trente dernières années, la mise au point de nouvelles techniques expérimentales et l'avènement des simulations numériques, toujours plus sophistiquées, ont permis de réaliser des progrès très significatifs, apportant une meilleure compréhension de ces phénomènes.
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Nanotribologie : définition et objectifsArticle inclus dans l'offre
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4. Conclusion
Du dernier exemple, on comprend tout l'intérêt de la nanotribologie. Elle permet de travailler sur un contact unique et de suivre simultanément, en temps réel, la dissipation et l'état du contact. Des mécanismes élémentaires d'usure peuvent ainsi être identifiés et caractérisés. Dans un contact macroscopique, intrinsèquement multicontacts au niveau des aspérités, même si des mécanismes élémentaires se déclenchent spontanément de façon délocalisés dans l'espace et dans le temps, on imagine facilement que les couplages doivent être importants, corrélant tous les évènements. Il est alors très difficile de connaître qui est responsable de quoi. D'une façon assez générale, le défi qui reste à relever est de faire le lien entre ce que l'on apprend en nanotribologie et ce que l'on observe en tribologie sur des contacts macroscopiques. La nanotribologie permet d'explorer les nombreux mécanismes élémentaires, essentiellement interfaciaux, pouvant se produire dans un contact unique, de géométrie bien contrôlée. On ne peut encore les transposer directement au niveau des aspérités dans un multicontact macroscopique car les géométries locales de confinement sont ici beaucoup plus complexes. D'autre part la nanotribologie s'est essentiellement intéressée jusqu'à présent à des situations où les contraintes mécaniques sont relativement faibles contrairement à celles souvent rencontrées dans les applications à des échelles plus grandes. Que deviennent en effet ces mécanismes élémentaires sous de fortes contraintes de température, de pression ou de cisaillement ?
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BIBLIOGRAPHIE
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