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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

Tribotronique ou la tribologie dite active
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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2. Tribotronique ou la tribologie dite active

La tribotronique combine donc des pièces mécaniques et des composants électroniques afin de créer des systèmes tribologiques actifs. Ceci est réalisé non seulement au travers de l’enregistrement ou du contrôle continu mais aussi par l’ajustement des tribosystèmes permettant ainsi d’améliorer l’efficacité des machines et leur durée de vie.

Une des manières de concevoir des systèmes tribotroniques (figure 2) est de mettre en place des circuits ou boucles de régulation sur des éléments de machines passifs (tels les engrenages, paliers à fluide et autres roulements) de manière à créer des éléments de machine actifs. Les variables process pertinentes (variables d’entrée du tribosystème et ses variables de sortie, pertes et structure) de la boucle de régulation peuvent inclure :

  • les débits des fluides et lubrifiants ou autre fluides sous pression ;

  • les propriétés physiques des lubrifiants et autres fluides telles la viscosité et la densité ;

  • la composition chimique des fluides et lubrifiants (indice d’acide total, épuisement des additifs) à la fois dans leur volume et proche des surfaces de contact ;

  • la dynamique du système mécanique ;

  • les propriétés mécaniques des corps en contact telles la rigidité et la dureté ;

  • les propriétés des surfaces en contact telles l’énergie de surface, la charge surfacique, la résistance électrique, la texture de surface, la géométrie et la rugosité ;

  • l’évolution de l’usure ;

  • les pertes par frottement ;

  • les températures ;

  • d’autres paramètres d’intérêt, etc.

En tribotronique, les composants mécaniques deviennent des capteurs ou des actionneurs ou autrement dit des capteurs ou des actionneurs deviennent des composants. Ceci ouvre donc de nouveaux champs notamment pour des revêtements particuliers (figure 3).

La tribotronique peut aussi être considérée comme un outil ou une méthode avancée pour la maintenance prédictive. La maintenance prédictive induit l’enregistrement continu des indicateurs de fonctionnement de la machine, ce qui permet d’obtenir des données afin de prédire en temps utile...

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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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