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RÉSUMÉ
La tribotronique est un vocable apparu au milieu des années 2010. Il peut être appliqué aussi bien à la tribologie dite active que dans le domaine de la récupération d’énergie ; les surfaces en contact et leur mouvement relatif permettant d’être de véritables sources d’énergie afin de fournir des dispositifs en alimentation électrique. La tribotronique ou plus exactement les tribotroniques sont encore une aire de recherche jeune et certaines applications n’en sont encore qu’au stade du laboratoire. Divers exemples sont répertoriés dans cet article montrant toute la diversité possible ainsi que des pistes d’exploration s’adressant à tout type d’applications industrielles.
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Caroline RICHARD : Professeur des Universités - GREMAN UMR 7347, Université de Tours, CNRS, INSA Centre Val de Loire, Tours, France
INTRODUCTION
La tribologie, définie il y a déjà une cinquantaine d’année dans le fameux rapport JOST (1966) transmis au gouvernement britannique de l’époque, comme une science ayant trait à l’étude des phénomènes de frottement et d’usure des surfaces en contact et en mouvement relatif (et à la lubrification), est inhérente au développement technologique de machines fonctionnelles, robustes, fiables et efficaces. Toute machine, quelle qu’elle soit, induit de nombreux contacts mécaniques entre des surfaces variées, engendrant potentiellement frottement et usure ainsi que des pertes d’énergie substantielles sans compter des impacts environnementaux (perte de lubrifiants, émission de débris, maintenance à mettre en place). Le coût global des pertes engendrées par des phénomènes d’usure et de frottement est d’ailleurs communément évalué à 3 à 4 % du PNB d’un pays industrialisé. Ce domaine est donc de première importance et on peut considérer que depuis son avènement en tant que science à la fin des années 1970, la tribologie, partie intégrante de l’ingénierie des surfaces, s’intéresse toujours à de nouveaux champs d’applications et de nouveaux concepts (tribologie des interfaces, etc.). Aujourd’hui, la tribologie tend vers une tribologie dite vertueuse avec le concept de la « green tribology » ou « sustainable tribology ». Elle peut également devenir un atout dans des domaines où la mécanique du contact, le frottement et donc l’usure ne sont pas, de prime abord, d’importance. Cet article brosse un panorama des divers aspects de la tribotronique, ou plutôt des tribotroniques, à l’heure de l’Internet des objets, de l’efficacité énergétique, où l’interaction avec d’autres domaines comme l’électronique, l’informatique, les semi-conducteurs devient prégnante pour le développement des produits du futur.
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4. Conclusions et perspectives
Le concept de tribotronique, apparu il y a à peine une dizaine d’années, a été présenté dans une double dimension (macrotribotronique et microtribotronique). Le but de cet article introductif est de montrer des jalons pour le développement de systèmes tribologiques intelligents de la prochaine génération. La tribotronique recouvre principalement le contrôle actif d’éléments tribologiques. Le contrôle actif inclue non seulement l’utilisation de composants électroniques et mécaniques mais aussi le contrôle des comportements physique et chimique des fluides et matériaux qui peuvent intervenir à une interface. Un petit nombre de systèmes tribologiques actifs sont à l’heure actuelle en développement. On peut citer, entre autres, le système de récupération d’énergie par frottement ou aussi le système de récupération de l’énergie cinétique (SREC, KERS en anglais), inventé dans les années 1950 par Richard Feynman. Ce système peut être utilisé non seulement pour l’automobile mais également pour le matériel ferroviaire, les vélos électriques, etc. Dans un système d’alimentation électrique conventionnel, une quantité importante de l’énergie est gaspillée parce que l’alternateur fonctionne de manière continue pour recharger la batterie, indépendamment du fait que cela soit réellement nécessaire. Le système de récupération de l’énergie du freinage développé dans le cadre, par exemple, de la stratégie BMW Efficient Dynamics permet de pallier cet inconvénient. En effet, dès que le conducteur relâche la pédale d’accélérateur, un générateur monté sur l’essieu arrière est actionné afin de récupérer une partie de l’énergie cinétique, laquelle est habituellement non exploitée lors de la décélération ou du freinage. Cette énergie est ensuite stockée dans la batterie et réinjectée dans le circuit électrique du véhicule. Inversement, lorsque le conducteur accélère, l’alternateur est désaccouplé du moteur par le biais d’un système de roue libre. De cette manière, la poussée est optimisée lors des accélérations tout en réduisant la consommation d’énergie. Certains systèmes dits tribotroniques ne sont encore qu’à l’état de concept (Michelin Visionary Concept par exemple). Cependant,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - JOST (P.H.) - A report on the Present Position and Industry’s Needs (HMSO). - UK Department of Education and Science (1966).
-
(2) - HOSENFELDT (T.), SCHULZ (E.), GIERL (J.), STEINMETZ (S.) - Friction tailored to your requirements, - 10th Schaeffler Symposium, 331-345 (2014).
-
(3) - GLAVATSKIH (S.), HÖGLUND (E.) - Tribotronics-Towards an active tribology. - Tribology International, 41, 934-939 (2008).
-
(4) - ZHANG (C.), WANG (Z.L.) - Tribotronics – A new field by coupling triboelectricity and semiconductor. - Nano Today, 11, 521-536 (2016).
-
(5) - NEAGOE (M.-B.) - Modélisation expérimentale de phénomènes électrostatiques et tribologiques aux interfaces solide/solide, - Thèse de l’Université de Poitiers (2017).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Diffusion d’information en France sur la tribologie – GST 12 Tribologie de l’AFM (Association Française de Mécanique) https://groupes.renater.fr/sympa/info/tribologie http://h.pre.free.fr/wp-content/uploads/p01-triboelec.pdf
Générateur universelle fonctionnant à l’électricité statique https://www.sciencesetavenir.fr/high-tech/vers-un-generateur-universel-fonctionnant-a-l-electricite-statique_35524
Une nouvelle dynamo portable http://www.lefigaro.fr/sciences/2014/03/05/01008-20140305ARTFIG00340-une-nouvelle-espece-de-dynamo-portable.php
Le corps humain pour électrode https://www.infohightech.com/un-generateur-utilise-le-corps-humain-comme-une-electrode-pour-alimenter-des-appareils-electroniques-portables/
Michelin Visionary Concept https://www.michelin.com/eng/media-room/press-and-news/michelin-news/Innovation/MICHELIN-Visionary-Concept http://www.nanoscience.gatech.edu/
Électricité à partir...
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