Boîtes quantiques non-intrusives à base de CdSe pour la mesure de la pression et de la température dans des contacts lubrifiés

Non-intrusive CdSe-based quantum dots for sensing pressure and temperature in lubricated contacts

• Auteur / Autrice : Tarek Seoudi
• Direction : David Philippon, Philippe Vergne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 20/02/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Tribologie et Mécanique des Interfaces
• Jury : Président / Présidente : Robert Dwyer-Joyce
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Philippon, Philippe Vergne, Robert Dwyer-Joyce, Martin Hartl, Janet Wong, Alfonso San-Miguel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martin Hartl, Janet Wong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photoluminescence

Points quantiques

Lubrification élastohydrodynamique

Mécanique du contact

Mots clés libres

Mécanique

Lubrification élastohydrodynamique

Contact Hybride

Mesure in situ

Photoluminescence

Boîte quantique

Pression

Mesure de temperatures

Mesure de pression

Perte de puissance

Générateur de chaleur

Nitrure de silicium–acier

Lubrifiant

Modèle des éléments finis

Mechanical contacts

Elastohydrodynamic lubrication

Hybrid contact

In situ measurement

Photoluminescence

Quantum dots

Temperature sensing

Pressure sensing

Power losses

Heat generation

Silicon nitride–steel

Lubricant

Finite element model

Résumé

Cette thèse est dédiée à la mesure des pressions et des températures locales et à la comparaison de la génération de chaleur dans les contacts élastohydrodynamiques (EHD) de type tout acier et hybride (nitrure de silicium-acier). Le but ultime de ce travail est de développer une nouvelle technique in situ non-intrusive, exploitant la sensibilité de la photoluminescence (PL) des boîtes quantiques (QDs) de CdSe/CdS/ZnS aux variations de pression et température, afin de cartographier ces deux paramètres dans les contacts EHD. Dispersible à faible concentration dans les lubrifiants, il est montré que les QDs ne modifient pas le comportement rhéologique du fluide porteur et que le cisaillement n’est pas perturbateur à la réponse en PL. La calibration des QDs en suspension confirme la dépendance de la réponse en PL des QDs à la pression et à la température. Les mesures in situ sont effectuées en utilisant un banc d’essai bille-disque. La comparaison entre les mesures in situ de pression et de température et celles prédites à l'aide d'un modèle éléments finis TEHD interne montre une bonne concordance, ce qui démontre la faisabilité de la méthodologie proposée. Les effets du glissement et du chargement normal sur la pression, la température et la chaleur générée sont reportés. L’effet des propriétés thermiques des solides est souligné et la répartition de la chaleur générée entre les solides en contact est étudiée. L'équilibre énergétique entre l'énergie mécanique et l'énergie thermique interne générée par compression et cisaillement est démontré en comparant les pertes de puissance expérimentales et la chaleur générée issue du modèle numérique, pour des contacts acier-acier et hybrides.

This thesis is dedicated to the measurement of local pressure and temperature and to compare the heat generation in all-steel and silicon nitride-steel (hybrid) elastohydrodynamic (EHD) contacts. The ultimate goal of this work is to develop a new non-intrusive in situ technique, exploiting the sensitivity of the photoluminescence (PL) of CdSe/CdS/ZnS quantum dots (QDs) to pressure and temperature. Dispersible in small concentration in lubricants, it is shown that the QDs doesn’t modify the rheological behavior of the carrier fluid and that shearing is not perturbative to the QDs PL response. The calibration of QDs in the suspension confirms the QDs PL dependence on temperature and pressure. The in situ measurements were conducted in EHD contacts using a ball-on-disc test rig. Comparisons between pressure and temperature measurements and predictions, using an in–house finite element thermal EHD model, showed a good agreement which demonstrates the feasibility of the proposed methodology. The effects of sliding and normal loading on pressure, temperature and heat generation are indicated. The effect of the thermal properties of the solid materials is underlined and the partition of the generated heat between the contacting solids is investigated. The energy equilibrium between the mechanical energy and the internal thermal energy generated by compression and shearing is demonstrated by comparing experimental power losses and numerical heat generation, in steel-steel and hybrid contacts.