Aspects mécaniques et thermiques du contact
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Le frottement des élastomères se caractérise aussi par une forte dépendance en
fonction de certains paramètres:
• la nature physicochimique de l’élastomère en surface,
• l’état microgéométrique et physicochimique de la surface antagoniste,
• la pression de contact, la vitesse,
• la nature et la température de l’environnement.
Une augmentation de la vitesse produit un pic d’adhésion aux vitesses de
fluage et un pic dû à l’hystérésis à très hautes vitesses. La température provoque le
déplacement de ces pics vers les hautes vitesses. Il a été démontré que les effets de
la vitesse et de la température étaient interchangeables, ce qui permet de ramener
les données concernant le frottement des élastomères à une seule courbe maîtresse
grâce à la transformée de Williams-Landel-Ferry (WLF).
Un phénomène lié à la vitesse de glissement, spécifique du frottement du
caoutchouc, se manifeste avec l’apparition de zones de décollement dans l’aire de
contact. Il se produit une reptation de la surface du caoutchouc, le glissement
s’effectuant grâce à la propagation rapide «d’ondes de détachement» en sens
inverse des contraintes de cisaillement provoquées par l’effort de frottement (ondes
de Schallamach).
23.5 THERMIQUE DU CONTACT
23.5.1 Objectif
La génération de forces de frottement à l’interface de deux solides en glissement est fondamentalement un mécanisme de dissipation d’énergie.
Celle-ci se dissipe principalement sous forme mécanique (déformation, énergie vibratoire, arrachements de débris d’usure...) et sous forme thermique provoquant l’échauffement global du système. On observe que l’énergie thermique représente la grande majorité des déperditions (95 à 98% selon les auteurs). La chaleur
ainsi formée au niveau de l’interface (étendu aux couches superficielles) s’évacue
de différentes manières:
• dans les solides en contact par diffusion,
• dans le milieu environnant par convection ou rayonnement provoquant éventuellement des transformations (vaporisations locales, baisses de viscosité...) de ce milieu ou des réactions chimiques, oxydation par exemple, avec
les matériaux composants les surfaces.
Ainsi, les phénomènes thermiques seront déterminants dans le comportement
du système. Pour avoir une appréciation fiable de la situation tribologique réelle, il
importe donc de pouvoir évaluer l’élévation de température des couches superficielles car celle-ci peut affecter le fonctionnement du système tribologique en modifiant
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Le frottement des élastomères se caractérise aussi par une forte dépendance en
fonction de certains paramètres:
• la nature physicochimique de l’élastomère en surface,
• l’état microgéométrique et physicochimique de la surface antagoniste,
• la pression de contact, la vitesse,
• la nature et la température de l’environnement.
Une augmentation de la vitesse produit un pic d’adhésion aux vitesses de
fluage et un pic dû à l’hystérésis à très hautes vitesses. La température provoque le
déplacement de ces pics vers les hautes vitesses. Il a été démontré que les effets de
la vitesse et de la température étaient interchangeables, ce qui permet de ramener
les données concernant le frottement des élastomères à une seule courbe maîtresse
grâce à la transformée de Williams-Landel-Ferry (WLF).
Un phénomène lié à la vitesse de glissement, spécifique du frottement du
caoutchouc, se manifeste avec l’apparition de zones de décollement dans l’aire de
contact. Il se produit une reptation de la surface du caoutchouc, le glissement
s’effectuant grâce à la propagation rapide «d’ondes de détachement» en sens
inverse des contraintes de cisaillement provoquées par l’effort de frottement (ondes
de Schallamach).
23.5 THERMIQUE DU CONTACT
23.5.1 Objectif
La génération de forces de frottement à l’interface de deux solides en glissement est fondamentalement un mécanisme de dissipation d’énergie.
Celle-ci se dissipe principalement sous forme mécanique (déformation, énergie vibratoire, arrachements de débris d’usure...) et sous forme thermique provoquant l’échauffement global du système. On observe que l’énergie thermique représente la grande majorité des déperditions (95 à 98% selon les auteurs). La chaleur
ainsi formée au niveau de l’interface (étendu aux couches superficielles) s’évacue
de différentes manières:
• dans les solides en contact par diffusion,
• dans le milieu environnant par convection ou rayonnement provoquant éventuellement des transformations (vaporisations locales, baisses de viscosité...) de ce milieu ou des réactions chimiques, oxydation par exemple, avec
les matériaux composants les surfaces.
Ainsi, les phénomènes thermiques seront déterminants dans le comportement
du système. Pour avoir une appréciation fiable de la situation tribologique réelle, il
importe donc de pouvoir évaluer l’élévation de température des couches superficielles car celle-ci peut affecter le fonctionnement du système tribologique en modifiant