ESPCI web site
Analyse locale du frottement entre une surface rugueuse et un élastomère
Danh Toan Nguyen, doctorant - PhD student Crédits : ESPCI ParisTechLa maîtrise de la performance des pneumatiques repose sur une compréhension fondamentale des propriétés locales de frottement d’interfaces multi-contacts. La simple mesure de grandeurs intégrées sur tout le contact, telles que la force de frottement, ne permet cependant qu’une compréhension très indirecte des lois de frottement et de leur relation avec la rugosité des surfaces. Dans ce contexte, la thèse a pour l’objectif d’étudier le frottement local de contacts entre une surface rigide et une surface lisse d’élastomère. En s’appuyant sur les techniques d’imagerie du contact, le champ de déplacement induit à la surface de l’élastomère par le frottement a pu être mesuré. Celui-ci est ensuite inversé pour obtenir la loi de frottement locale reliant la contrainte de cisaillement interfacial à la pression en chaque point du contact.
Dans une première étape de la thèse, des améliorations expérimentales apportées à la mesure du champ de déplacement ont permis d’accroître significativement la résolution et le rapport signal/bruit de la mesure. A partir du déplacement mesuré, nous avons mis en évidence l’existence des grandes déformations dans le contact et développé une méthode d’inversion déplacement/contraintes par éléments finis pour prendre en compte de ces déformations.
Cette approche a tout d’abord été appliquée au contact lisse où on observe une contrainte de cisaillement indépendante de la pression et de l’aire nominale de contact, ce qui n’est pas le cas pour une interface rugueuse. La loi de frottement local mesurée dans une interface rugueuse montre une non-linéarité remarquable dès faibles pressions et une tendance à la saturation aux pressions élevées. Des surfaces rugueuses statistiques à caractère gaussien ou non gaussien ont permis de préciser la sensibilité de la loi de frottement local aux détails de la rugosité et de discuter des modèles théoriques fondés sur une description purement spectrale des surfaces. L’utilisation des surfaces d’une rugosité contrôlée permet d’évaluer la contribution au frottement de la dissipation viscoélastique liée à la déformation du substrat au niveau des aspérités.