Tribologie

Etude des lois des frottements

https://public.iutenligne.net/mecanique/mecanique-du-solide/charbonnieras/mecanique/132_lois_du_frottement_sec_lois_de_coulomb.html

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https://www.editions-ellipses.fr/PDF/9782340036673_extrait.pdf?srsltid=AfmBOoql2iV82-MHeU7pOj0lr16wnKGZ-TaQOmdwiL4eSBb1l-YUIx91

Modélisation microscopique et macroscopique des forces de contact

1.1 Historique

L’origine du frottement de contact a longtemps été attribuée à des phénomènes de rugosité. En effet, si une surface de contact apparaît plane à l’échelle macroscopique, on comprend bien qu’il n’en est rien à une échelle mésoscopique. A cette échelle, la surface apparaît irrégulière et rugueuse avec des contacts ponctuels au niveau des rugosités et responsables du frottement sec. Le premier à s’y intéresser sérieusement fut Léonard de Vinci à la Renaissance. Ce fut toutefois le physicien français, Guillaume Amontons (1663 − 1705) puis Coulomb qui devaient en formuler les lois phénoménologiques, en étudiant le frottement des cordes de marines sur les poulies puis celui de surfaces planes les unes avec les autres. Ils en déduisent alors les lois phénoménologiques classiques. – Amontons émet l’idée que le frottement est proportionnel à la « charge » perpendiculaire à la surface de contact. Nous dirions aujourd’hui qu’il est proportionnel aux forces normales qu’exerce un solide sur l’autre solide, sur toute la surface de contact. Il explique cela par une augmentation des points de contacts de rugosité sous la contrainte normale. Par ailleurs, et bien que ce soit peu intuitif, il constate que la résistance ne dépend pas de la surface en contact mais uniquement de la charge normale. Un solide exerçant une même « charge normale » mais sur une surface plus petite subit donc la même contrainte tangentielle de frottement. Coulomb établit quant à lui expérimentalement que lorsque les deux surfaces glissent l’une par rapport à l’autre, la force tangentielle de frottement ne dépend pas non plus de la valeur de la vitesse de glissement relative des deux surfaces entre elles. – La nano tribologie qui s’est développée depuis les années 50 montrent que si la force de frottement ne dépend effectivement pas de la surface macroscopique de contact, la rugosité ne saurait constituer une explication suffisante du phénomène de frottement sec. Des surfaces très lisses en contact peuvent ainsi présenter un fort phénomène de frottement. […]

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https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mecanique-th7/frottement-et-usure-42464210/nanotribologie-les-processus-elementaires-du-frottement-tri1400/processus-elementaires-du-frottement-tri1400niv10003.html

[…] Le frottement n’est pas une force fondamentale : elle est la résultante de plusieurs phénomènes. Comprendre les mécanismes fondamentaux de la friction est difficile, car ils dépendent des propriétés des matériaux, en volume et en surface, et de l’environnement d’un système donné, mais aussi des échelles spatiales et de temps qui sont sondées par le cisaillement. Quelques éléments donneront une idée de la complexité du sujet :

le frottement sec est généralement différent du frottement lubrifié ;
le frottement dû à la propagation des vibrations (phonons) dans les matériaux et la friction électronique dans le cas de surfaces métalliques peuvent être importants ;
la rugosité des surfaces et leur inhomogénéité chimique jouent souvent un rôle majeur dans le frottement des objets macroscopiques ;
l’adhérence entre les surfaces et les propriétés élastiques des parois de confinement peuvent également s’avérer déterminants. En outre, la déformation plastique irréversible des surfaces en contact ne peut être négligée lorsqu’elle est présente : le frottement n’est pas un phénomène uniquement de surface, mais il implique également bien souvent les couches locales proches de l’interface cisaillée ;
la condensation capillaire peut s’opposer au glissement des surfaces hydrophiles dans des environnements humides ;
en présence d’usure, des mécanismes de dissipation d’énergie liés à des modifications morphologiques et chimiques des couches superficielles des matériaux soumises au frottement doivent être pris en compte. D’éventuelles réactions chimiques induites par le frottement (tribochimie) peuvent se produire sur les surfaces et/ou dans un film lubrifiant ce qui implique des mécanismes supplémentaires de dissipation d’énergie. […]

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