Tribologie des matériaux caoutchouteux

La non-trivialité des propriétés mécaniques du caoutchouc naturel, chargé en noir de carbone ou non, et de ses homologues synthétiques d'aspects variés fait que ces matériaux particuliers sont fréquemment utilisés dans la vie quotidienne, pour leur caractère extensible notoire (bracelets élastiques, fibres élasthanne, chewing-gums, tendeurs, bretelles, jarretelles, garrots, soufflets, appareils de saut dit « à l'élastique », etc.) et comme protections diverses du fait de leur imperméabilité à l'air et à de nombreux fluides (cirés, gants, tabliers, bavettes, bottes, imperméables, chambres à air, bateaux pneumatiques, préservatifs, tuyaux, ballons d'enfants, tétines, etc.).

Ils entrent également dans la construction d'organes mécaniques dans lesquels interviennent le contact statique, le frottement et le roulement. Citons à titre d'exemple, les joints d'étanchéité, les appareils d'appui de ponts, les appareils d'appui antisismiques, les patins de rails, les embouts antidérapants, les blocs d'amortissement, les pneumatiques de toutes formes et dimensions (patinettes, poussettes d'enfants, bicyclettes, motos, voitures de tourisme, camionnettes, certains métros et tramways, véhicules poids lourds, engins de génie civil, avions, bolides de formule 1, etc.), les courroies de transmission, les raclettes de balais d'essuie-glace, les lèche-vitres, les semelles de chaussures, les tapis transporteurs, les patins de freins de bicyclettes, corps de vannes, gomme à effacer, etc. Ces exemples récents ne doivent pas faire oublier que le caoutchouc naturel issu du latex était connu des populations amérindiennes il y a quelque trente siècles.

La multiplicité des utilisations des matériaux caoutchouteux, naturel et synthétiques, n'est bien évidemment pas fortuite ; elle résulte des propriétés mécaniques surprenantes que leur confèrent leurs structures chimique et macromoléculaire particulières. Les matériaux caoutchouteux se caractérisent par une grande souplesse, ils sont capables de supporter à température ambiante des allongements importants (jusqu'à sept fois leur dimension au repos) et de reprendre dans un temps très bref leur dimension initiale. De plus, le coefficient de frottement des matériaux caoutchouteux est très élevé : c'est la raison pour laquelle on les utilise dans la fabrication des pneumatiques. Très précisément, c'est le frottement élevé entre la bande de roulement d'un pneumatique et le revêtement routier qui assure la tenue de route des véhicules automobiles.

Après un bref rappel de la découverte et de l'utilisation du caoutchouc naturel par les amérindiens il y a quelque trente siècles et de la mise en œuvre de ses premiers homologues synthétiques, on décrit les principales propriétés volumiques et superficielles des matériaux caoutchouteux qui leur confèrent des propriétés tribologiques particulières (adhérence, glissance, roulement et usure) mises à profit dans le fonctionnement de nombreux systèmes mécaniques et tout particulièrement dans celui des pneumatiques.