Simulations numériques en tribologie - Contact sec et lubrification solide

Comprendre les causes et les conséquences du frottement sur le comportement des corps en contact est bien le quotidien des tribologues depuis de nombreux siècles. En fait ce n'est pas seulement les corps en contact qui sont concernés, mais aussi le ou les mécanismes qui les contiennent ainsi que l'interface qui les sépare.

Cette compréhension n'est pas simplement une curiosité scientifique, mais bel et bien la clé d'importants enjeux industriels. Le contrôle de la durée de vie des mécanismes (disques de frein automobile et aéronautique, roulements, appareils électroménagers...) et des outils de mise en forme des matériaux, la sécurité (problème de shuntage dans le contact roue-rail ou de la collecte du courant dans le contact pentographe/caténaire...), la santé publique (usure des implants articulaires), l'environnement (réduction du crissement, amélioration des lubrifiants...) sont des problèmes liés directement aux conséquences du frottement.

Parce que l'expérimentation trouve parfois ses limites dans l'analyse dynamique de tels systèmes, surtout lors de sollicitations sévères (fortes pression et vitesse de cisaillement), des outils numériques ont vu le jour pour venir combler le manque d'informations laissé par les approches expérimentales aussi bien pour des conditions dites de « contact sec » (pas de lubrifiant ajouté) que celles dites de « contact lubrifié » (huile, graisse...). Aujourd'hui, bien plus qu'un simple outil complémentaire, les approches numériques servent à part entière dans la compréhension des phénomènes et tendent à devenir des outils prédictifs.

De nombreuses approches numériques existent aussi bien pour les aspects secs que pour les aspects lubrifiés, évoqués précedement. Dans ces quelques pages, le choix a été fait de se focaliser uniquement sur le contact dit sec. Les aspects « contact lubrifié », au sens lubrification fluide, ne seront que rapidement survoler.