Application des données tribologiques des matériaux

Dans le monde actuel, des produits de plus en plus performants et fiables doivent être développés dans un délai de plus en plus court pour garantir la compétitivité de l’entreprise. Les lois environnementales, les objectifs du développement durable, les listes de substances/matériaux prohibés ainsi que l’évolution des prix et la sécurité d’approvisionnement nécessitent de revoir le choix de beaucoup de matériaux, ce qui a fait exploser la matrice d’essais à réaliser. De plus, l’allègement des pièces pour des raisons économiques et/ou écologiques est un enjeu de plus en plus important. Dans ce contexte, l’ingénieur qui réussira le mieux sera celui qui aura la plus grande expérience dans le domaine des matériaux, revêtements et lubrifiants. Cette expérience d’un spécialiste à la fois en matériaux et en tribologie est le plus souvent virtuelle. En effet, une grande partie des défaillances techniques s’amorce à la surface de contact des matériaux en mouvement relatif ; de ce fait, le comportement tribologique des matériaux et les performances des lubrifiants et/ou des revêtements dans un contact glissant ou roulant déterminent à terme la qualité de la conception initiale. Les ingénieurs ont donc besoin d’un accès rapide aux connaissances expérimentales en tribologie les plus récentes.

Chaque année, plusieurs dizaines de milliers de résultats tribologiques sont obtenus en interne et publiés, mais deux problèmes importants se posent :

• leur accès reste encore difficile, onéreux et nécessite beaucoup de temps ;

• comment tirer le meilleur parti de ces données pendant la conception d’un produit, d’une machine ou l’utilisation d’un matériau ?

En effet, le plus souvent ce grand capital tribologique reste éparpillé dans une multitude de laboratoires industriels ou universitaires. Par ailleurs, la diversité des procédures expérimentales utilisées et des modes d’interprétation rend difficile, voire impossible, une comparaison des résultats obtenus par les équipes de tribologues. En outre, les concepteurs de matériaux, les pétroliers et les utilisateurs parlent des langages différents et ont des intérêts et des objectifs différents. En conséquence, le lecteur n’est souvent pas à même d’apprécier si les résultats et propriétés tribologiques annoncés pour un couple de matériaux frottants à sec ou un lubrifiant dans un contact donné peuvent l’aider à résoudre son problème spécifique.

L’objectif de ce texte est double :

• décrire comment doit être organisée une base de données tribologiques ;

• illustrer à l’aide d’exemples l’utilisation d’une telle base pour concevoir un tribosystème.

La conception d’un tribosystème présuppose l’organisation d’une base de données tribologiques, puis son utilisation pour prévoir le comportement du tribosystème étudié. Il faut noter que cette utilisation, comme la conception d’une base de données, repose sur une analyse théorique préalable de ce qu’est un tribosystème :

• pour identifier les paramètres clefs du système ;

• pour fixer des procédures d’essais ;

• pour créer des thesaurus aptes à stocker les résultats de tous les essais ou produits.

Notons que les situations de contact frottant sont très variées :

• sur le plan cinématique (glissement continu, alternatif avec des amplitudes très variables, roulement avec glissement) ;

• sur le plan des régimes de lubrification (lubrification mixte/limite, à sec et hydrodynamique).

Les informations que doit fournir une base de données ou la littérature sont principalement de deux types :

• coefficient de frottement ;

• vitesses d’usure estimées des pièces.

Ces informations peuvent seulement servir à l’ingénieur et à l’utilisateur pour évaluer a priori le fonctionnement en service du tribosystème et des matériaux identifiés, mais elles ne suppriment pas les essais sur organes mécaniques avant la mise en œuvre d’une solution tribologique.

Cinq exemples présentent la procédure pour estimer le taux d’usure.