Prédiction de la performance d’adhérence de caoutchoucs pour semelles : Analyses tribologique, mécanique et numérique

Grip prediction for outsole rubbers : tribological, mechanical and finite element analyses

• Auteur / Autrice : Jérôme Bodillard
• Direction : Noëlle Billon, Aude Derrier, Pierre Montmitonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 13/07/2016
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Chabrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Noëlle Billon, Pierre Montmitonnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Le Houérou, Stéphane Méo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Analyse mécanique dynamique

Hystérésis

Semelles de chaussures

Caoutchouc -- Essais

Mots clés libres

Caoutchouc

"Grip"

Hystérèse

Frottement

DMA

Eléments finis

Rubber

Grip

Hysteresis

Friction

DMA

Finite element modeling

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la problématique industrielle du « grip » des semelles de chaussures de randonnées et de course-à-pied (le « trail »). Nous menons une démarche exploratoire pluridisciplinaire pour prédire a priori la performance d’adhérence des mélanges de caoutchoucs chargés, réticulés pour semelles. Nous envisageons trois méthodologies : tribologique, mécanique et numérique.- En tribologie, nous utilisons l’approche normée des équipements de protections individuels (EPI). Nous discutons les conditions d’essais et les préparations surfaciques pertinentes pour les pratiques de plein air.- En mécanique, nous caractérisons la dissipation d’énergie lors d’une déformation car nous considérons cette hystérèse comme contribution majoritaire du frottement des caoutchoucs sur des surfaces rigides et mouillées. Comme dans l’industrie pneumatique nous recherchons une démarche prédictive basée sur l’analyse mécanique dynamique (DMA) en estimant les pertes par hystérèses en conditions de frottements.- Numériquement, nous utilisons des données mécaniques (hystérèse issue de la charge-décharge en traction grande déformation : viscohyperélasticité) et tribologiques (transition entre le frottement statique et dynamique) pour mettre en place des simulations par éléments finis qui devront aider la conception des futurs crampons.Chaque méthodologie est indépendante même si les mécanismes physiques considérés sont communs à toutes les démarches. Que ce soit de manière tribologique, mécanique, surfacique ou numérique, nous nous intéressons aux relations entre les déformations du caoutchouc et son frottement.

This thesis addresses the grip of hiking and trail-running shoes. We focus on cross-linked, silica-filled, outsoles rubbers. Our aim is to predict grip quality perceived by users. To do so, we explore multidisciplinary techniques. We consider three methodologies: tribological and mechanical characterizations and modelling.- Tribological study is based on footwear standard (personal protective equipment). We discuss an adaptation for outdoor outsoles. We set test conditions and surface preparations required for a pertinent and reproducible characterization.- Mechanical study deals with hysteresis phenomena as a major contributor to rubber friction on wet surfaces. We try to set a predictive characterization based on dynamic mechanical analysis (DMA) by estimation of hysteresis loss in mechanical conditions representative of friction solicitations.- Tribological (static-dynamic transition) and mechanical (hyperelasticity or viscohyperelasticity obtained from tension: large cyclic loading-unloading) phenomena are implemented with finite element modelling. 2D and 3D modelling would support future lugs development.Each methodology is independent considering identical physical mechanisms. Based on mechanics, tribology and surface science or modelling we study the relationship between rubber deformation and friction.