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1 - PREMIÈRE DÉFINITION DE LA TRIBOTRONIQUE

2 - TRIBOTRONIQUE OU LA TRIBOLOGIE DITE ACTIVE

3 - TRIBOTRONIQUE OU COUPLAGE DE LA TRIBOLOGIE ET DE L’ÉLECTRONIQUE (SEMI-CONDUCTEUR)

4 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : TRI350 v1

Première définition de la tribotronique
Tribotroniques - Nouveaux champs d’applications pour la tribologie

Auteur(s) : Caroline RICHARD

Relu et validé le 26 août 2021

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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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ABSTRACT

Tribotronics.New Fields of Applications for Tribology

Tribotronics is a term that appeared in the mid-2010s. It can be applied  both to  so-called active tribology and in the field of energy recovery; surfaces in contact and their relative movement to be true sources of energy in order to provide devices with power supply. Tribotronics or more precisely tribotronics are still a young research area and some applications are still in the laboratory stage. Various examples are listed in this article showing as much diversity as possible as well as avenues for exploration for all types of industrial applications.

Auteur(s)

  • 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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KEYWORDS

semiconductor   |   piezoelectrecity   |   tribotronic nanogenerator   |   triboelectricity

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-tri350


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1. Première définition de la tribotronique

La plupart des études tribologiques actuelles se bornent à des constats et à effectuer des comparaisons afin de rechercher les meilleurs couples compatibles permettant de minimiser soit le frottement soit l’usure ou les deux en même temps. On peut donc parler de tribologie dite passive. La figure 1 montre la méthode habituellement employée pour prédire le frottement et sa conséquence l’usure avec l’utilisation parfois de la fouille de données (data mining) . Le data mining repose sur des algorithmes complexes et sophistiqués permettant de segmenter les données et d’évaluer les probabilités futures. Grâce à des logiciels dédiés, c’est un procédé permettant aux utilisateurs d’analyser des données sous différents angles, de les catégoriser et de résumer les relations identifiées.

Pouvoir maîtriser en temps réel les phénomènes tribologiques, soit en régulant et en adaptant le fonctionnement des machines en conséquence, fait partie de ce que l’on appelle la tribologie active et en particulier d’une branche relativement nouvelle de la tribologie, la tribotronique.

Le mot tribotronique, terme désignant l’intégration de la tribologie et de l’électronique, ressemble au mot mécatronique mais il existe des différences essentielles. Un système mécatronique utilise seulement l’information de variables d’entrée et de sortie fonctionnelles ou utiles d’un système mécatronique pour contrôler son fonctionnement. Les variables de sortie induisent des vitesses de rotation, couples de force, charge, etc. Le principe de la tribotronique est de collecter des variables de sortie, conséquence des phénomènes de tribologie engendrés dans un contact tels le frottement, l’usure, les vibrations, etc. afin de réguler le tribosystème.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (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)...

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