Usure
407
24.4.3 Cas particulier de l’usure érosive: l’érosion par cavitation
L’érosion par cavitation désigne l’usure produite par l’implosion de bulles de
vapeur ou de gaz près d’une paroi immergée dans un fluide en mouvement. Ces
implosions provoquent des pointes élevées de contraintes et de température dues à
l’impact de liquide sur la paroi et des ondes de choc. La répétition de ce phénomène
entraîne l’extraction de particules de matière par érosion et fatigue superficielle.
Le mécanisme de l’usure par cavitation est décrit schématiquement sur la
figure 24.11 et comprend plusieurs phases:
• Formation de bulles de vapeur dans les régions où la pression est inférieure
à la tension critique de vapeur du fluide.
• Grossissement des bulles par absorption des gaz dissous dans le fluide.
• Implosion des bulles dans des régions de faibles pression qui se traduit par
l’impact d’un jet de liquide contre la paroi et une onde de choc. ∆p >
100 MPa, ν > 1000 Hz. Ces sollicitations ébranlent la structure et peuvent
provoquer des fissurations intergranulaires et le détachement de particules
de matière.
Les poches de vapeur peuvent être remplacées par des bulles de gaz incluses
dans le fluide par exemple, bulles d’air provenant de l’aération intense des huiles
dans les mécanismes rapides: moteurs thermiques rapides ou turbines (émulsion
air-huile). L’instabilité physique des bulles est définie par la différence de pression à
l’interface liquide-vapeur et dépend de la tension superficielle, de la tension de
vapeur du fluide, de la viscosité. L’importance de l’endommagement est liée à
l’énergie de surface de la bulle.
La détérioration des surfaces soumises à l’érosion par cavitation se présente
sous forme de petites piqûres qui se rassemblent en cavités s’étendant progressivement jusqu’à entraîner la désagrégation complète de volumes importants de métal.
On la rencontre notamment sur les hélices de bateaux, les aubes de turbines, les
pompes... Dans les moteurs, la cavitation peut apparaître dans les paliers par suite
de l’éclatement des bulles d’air incluses dans l’ huile de graissage après son passage
Fig. 24.10 Erosion en fonction de l’angle d’incidence des particules.
0
3 0
6 0
9 0
angle d’attaque
matériau fragile
matériau ductile
usure érosive
407
24.4.3 Cas particulier de l’usure érosive: l’érosion par cavitation
L’érosion par cavitation désigne l’usure produite par l’implosion de bulles de
vapeur ou de gaz près d’une paroi immergée dans un fluide en mouvement. Ces
implosions provoquent des pointes élevées de contraintes et de température dues à
l’impact de liquide sur la paroi et des ondes de choc. La répétition de ce phénomène
entraîne l’extraction de particules de matière par érosion et fatigue superficielle.
Le mécanisme de l’usure par cavitation est décrit schématiquement sur la
figure 24.11 et comprend plusieurs phases:
• Formation de bulles de vapeur dans les régions où la pression est inférieure
à la tension critique de vapeur du fluide.
• Grossissement des bulles par absorption des gaz dissous dans le fluide.
• Implosion des bulles dans des régions de faibles pression qui se traduit par
l’impact d’un jet de liquide contre la paroi et une onde de choc. ∆p >
100 MPa, ν > 1000 Hz. Ces sollicitations ébranlent la structure et peuvent
provoquer des fissurations intergranulaires et le détachement de particules
de matière.
Les poches de vapeur peuvent être remplacées par des bulles de gaz incluses
dans le fluide par exemple, bulles d’air provenant de l’aération intense des huiles
dans les mécanismes rapides: moteurs thermiques rapides ou turbines (émulsion
air-huile). L’instabilité physique des bulles est définie par la différence de pression à
l’interface liquide-vapeur et dépend de la tension superficielle, de la tension de
vapeur du fluide, de la viscosité. L’importance de l’endommagement est liée à
l’énergie de surface de la bulle.
La détérioration des surfaces soumises à l’érosion par cavitation se présente
sous forme de petites piqûres qui se rassemblent en cavités s’étendant progressivement jusqu’à entraîner la désagrégation complète de volumes importants de métal.
On la rencontre notamment sur les hélices de bateaux, les aubes de turbines, les
pompes... Dans les moteurs, la cavitation peut apparaître dans les paliers par suite
de l’éclatement des bulles d’air incluses dans l’ huile de graissage après son passage
Fig. 24.10 Erosion en fonction de l’angle d’incidence des particules.
0
3 0
6 0
9 0
angle d’attaque
matériau fragile
matériau ductile
usure érosive