CHAPITRE 3 - TRIBOLOGIE : FROTTEMENT ET USURE DES SURFACES
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1.2. Introduction au frottement
Le frottement est une << résistance >> freinant tout mouvement relatif entre deux
corps :
les deux corps sont solides : frottement solide
- glissement (sliding),
- roulement (roiling),
- combinaisons de glissement /roulement, pivotement :
u n des corps est u n fluide : frottement fluide.
De tout temps les hommes ont essayé de contrôler le frottement, soit pour le
réduire (transport de pierres monumentales), soit pour l’utiliser (allumage du
feu, blocage des cordages sur u n navire). Le problème de la réduction du frottement est toujours d’actualité car 1,6 % du produit national brut des pays industrialisés est ainsi dissipé sous forme de perte d’énergie.
Lorsque deux solides frottent directement sans interposition d’un lubrifiant
on parle de frottement sec. Ce type de frottement est très présent autour de
nous : rails et roues des chemins de fer, balais et collecteurs de machines électriques, pantographes et caténaires, freins, têtes de lecture et bandes magnétiques, la plupart des mécanismes utilisés dans l’espace. ..
Le frottement lubrifié peut faire appel à des lubrifiants liquides ou visqueux
(huiles, graisses) ou à des lubrifiants solides (graphite, bisulfure de molybdène...). On peut aussi conditionner une des surfaces pour la rendre autolubrifiante.
Dans tous les cas il est nécessaire d’essayer de bien comprendre les mécanismes du frottement sec de manière à adapter a u mieux les traitements de surface lorsque la lubrification est difficile ‘ou impossible. Le frottement sec ne
manque jamais de se manifester en cas de panne de lubrification ou tout simplement lors des démarrages de certains mécanismes.
1.2.1. Frottement sec
L a première étude sur le frottement est due à Léonard de Vinci (1452-1519) et à
ses contemporains ; elle se résume sous forme de deux lois :
L a force de frottement est indépendante de l’aire apparente de contact.
La force de frottement est proportionnelle a u poids du corps déplacé sur le plan
horizontal et plus généralement à la charge normale appliquée à la surface.
Le facteur de proportionnalité ou facteur de frottement, p , avait été trouvé
égal à 0,25. Cette étude restera enfouie pendant plusieurs siècles dans les carnets de Léonard de Vinci et c’est Guillaume Amontons (1663-1705) qui, en s’intéressant a u travail des polisseurs de miroirs, va redécouvrir en 1699 les lois du
frottement et trouver u n facteur de frottement de 0,33. Ce facteur est alors
considéré comme correspondant à l’effort nécessaire pour soulever les aspérités
des surfaces rugueuses en contact.
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1.2. Introduction au frottement
Le frottement est une << résistance >> freinant tout mouvement relatif entre deux
corps :
les deux corps sont solides : frottement solide
- glissement (sliding),
- roulement (roiling),
- combinaisons de glissement /roulement, pivotement :
u n des corps est u n fluide : frottement fluide.
De tout temps les hommes ont essayé de contrôler le frottement, soit pour le
réduire (transport de pierres monumentales), soit pour l’utiliser (allumage du
feu, blocage des cordages sur u n navire). Le problème de la réduction du frottement est toujours d’actualité car 1,6 % du produit national brut des pays industrialisés est ainsi dissipé sous forme de perte d’énergie.
Lorsque deux solides frottent directement sans interposition d’un lubrifiant
on parle de frottement sec. Ce type de frottement est très présent autour de
nous : rails et roues des chemins de fer, balais et collecteurs de machines électriques, pantographes et caténaires, freins, têtes de lecture et bandes magnétiques, la plupart des mécanismes utilisés dans l’espace. ..
Le frottement lubrifié peut faire appel à des lubrifiants liquides ou visqueux
(huiles, graisses) ou à des lubrifiants solides (graphite, bisulfure de molybdène...). On peut aussi conditionner une des surfaces pour la rendre autolubrifiante.
Dans tous les cas il est nécessaire d’essayer de bien comprendre les mécanismes du frottement sec de manière à adapter a u mieux les traitements de surface lorsque la lubrification est difficile ‘ou impossible. Le frottement sec ne
manque jamais de se manifester en cas de panne de lubrification ou tout simplement lors des démarrages de certains mécanismes.
1.2.1. Frottement sec
L a première étude sur le frottement est due à Léonard de Vinci (1452-1519) et à
ses contemporains ; elle se résume sous forme de deux lois :
L a force de frottement est indépendante de l’aire apparente de contact.
La force de frottement est proportionnelle a u poids du corps déplacé sur le plan
horizontal et plus généralement à la charge normale appliquée à la surface.
Le facteur de proportionnalité ou facteur de frottement, p , avait été trouvé
égal à 0,25. Cette étude restera enfouie pendant plusieurs siècles dans les carnets de Léonard de Vinci et c’est Guillaume Amontons (1663-1705) qui, en s’intéressant a u travail des polisseurs de miroirs, va redécouvrir en 1699 les lois du
frottement et trouver u n facteur de frottement de 0,33. Ce facteur est alors
considéré comme correspondant à l’effort nécessaire pour soulever les aspérités
des surfaces rugueuses en contact.