Nanorhéologie du contact sphère-plan avec couche mince interfaciale

• Auteur / Autrice : Mohamed Trifa
• Direction : François Sidoroff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compressibilité

Élasticité

Couches minces

Rhéologie

Lubrification hydrodynamique

Résumé

L'appareil à forces de surface développé à l'E. C. L (A. Tonck - J. M. Georges) est utilisé pour la caractérisation des fluides en milieu confiné (souvent des huiles de lubrification ou des solutions de polymère). L'exploitation des résultats expérimentaux obtenus par un tel appareil, et en particulier l'identification des caractéristiques rhéologiques de ces fluides, exige une analyse précise du contact sphère-plan en présence d'une couche interfaciale viscoélastique hétérogène et très mince. Les travaux antérieurs (F. Auslender) sur la nanorhéologie des couches minces confinées, ont permis d'aboutir à une forme généralisée des équations de Reynolds, permettant de décrire en sollicitation harmonique le contact sphère-plan (supposés rigides) en présence d'un film mince de fluide viscoélastique, compressible et hétérogène. Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à la prise en compte de la déformation du substrat dans la modélisation antérieure. Afin de clarifier l'influence des différents paramètres (compressibilité de l'interface, déformabilité du substrat), nous avons choisi d'étudier deux problèmes modèles. Le premier est celui d'une couche de solide élastique compressible et homogène, le second celui d'une couche de fluide visqueux Newtonien compressible et homogène. En nous basant sur des résultats expérimentaux, nous avons pu identifier les propriétés rhéologiques pour trois types de lubrifiants. L'hétérogénéité de l'interface a été représentée par deux couches pariétales solides de mêmes caractéristiques rhéologiques, séparées par un volume de fluide de caractéristiques rhéologiques différentes. Afin d'obtenir des renseignements supplémentaires sur les propriétés rhéologiques de ces couches, nous avons étudié leur contact avec prise en compte de la déformation du substrat. Leur comportement est supposé de type hyperélastique, associé à une énergie de type Mooney - Rivlin avec un terme de compressibilité.

The surface force apparatus developed at E. C. L. By A. Tonck and J. M. Georges is frequently used in the characterisation of confined fluid (such as lubrification oil or polymer solution). The exploration of such experimental results requires a precise analysis of the contact problem between an elastic place and an elastic sphere separated by a thin interfacial layer which may be considered eleastic, viscous or viscoelastic. Previous works in this direction (F. Auslender) leads to a generalised Reynolds equation describing, under imposed harmonic vertical displacement, the sphere plane contact with an heterogeneous viscoelastic compressible interfacial layer. In this work we intend to account, in the context of the previous analysis, the deformation of the elastic substrate. In order to clarify the roles of the film compressibility and the substrate deflection, we have studied two simple configurations : the first one is the case of an homogeneous elastic solid as interfacial layer, the second one is the case of a compressible Newtonian viscous fluid as interfacial layer. By reffering to experimental results, we have identified the rheological characteristics for three types of lubricant oils. The interface heterogeneity has been represented by two parietal solid layers with the same characteristics, separated by a fluid bulk. In order to obtain more information on the parietal layers rheology, we have studied their contact, assuming them to obey to hyperelastic behaviour laws associated to compressible Mooney - Rivlin elastic energy.