Modélisation du comportement d'additifs aux interfaces pour guider la formulation de lubrifiants

Modeling of the behavior of additives at interfaces to guide the formulation of lubricants

• Auteur / Autrice : Sarah Blanck
• Direction : Carine Michel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 09/04/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (Lyon ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)
• Jury : Président / Présidente : Anne Milet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carine Michel, Anne Milet, Dominique Costa, Bernard Rousseau, Nicolas Fillot, Pascal Mougin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dominique Costa, Bernard Rousseau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hématite

Alumine

Adsorption

Lubrifiants

Mots clés libres

Lubrifiant

Adsorption

DFT

Mécanique moléculaire

Interfaces

Monocouches auto-organisées

Alumine

Hématite

Lubricant

Adsorption

DFT

Molecular mechanics

Interfaces

Self organized monolayers

Alumina

Hematite

Résumé

La lubrification joue un rôle majeur dans de nombreux secteurs tels que le travail des métaux et les transports. L’évolution constante des réglementations contraint les industriels à se tourner vers des formules toujours plus vertes et respectueuses de l’environnement. Cependant, des changements de formulations peuvent modifier les caractéristiques du lubrifiant telles que ses propriétés tribologiques, anticorrosives ou encore de mouillabilité.Face à l’accélération forcée du développement de nouvelles formules, une meilleure compréhension des phénomènes interfaciaux entre le lubrifiant et la surface est alors nécessaire.L’adsorption des molécules sur la surface étant déterminante pour l’étalement d’un liquide, des calculs DFT d’énergies d’adsorption en phase gaz ont été effectués pour différents additifs sur une surface d’alumine γ. L’adsorption étant modulée par la tendance de la molécule à rester au coeur du liquide, les résultats obtenus ont été comparés aux énergies de solvatation des mêmes additifs dans un modèle d’huile. L’importance de la surface pour le développement de lubrifiants a ensuite été évaluée en comparant l’adsorption des différents additifs sur l’hématite avec les valeurs obtenues sur l’alumine. L’influence de l’hydratation des surfaces a également été étudiée. Ce travail a été facilité par le développement de DockOnSurf qui a permis d’automatiser l’étude de l’adsorption de molécules sur des surfaces.Pour compléter cette étude, la formation de films, c’est-à-dire de couches auto-organisées, par les additifs de lubrification sur la surface a été évaluée afin d’approfondir la description de l’interface. Un raffinage des méthodes de mécanique moléculaire existantes a alors été nécessaire pour permettre une meilleure description de l’interface. Les propriétés anticorrosives de ces films ont ensuite été caractérisées.

Lubrication plays a key role in a great variety of sectors such as metal working or transports. The continuous evolution of regulations forces industrials to develop always greener and more environmentally friendly products. Changes in the formulations can however impact various lubricants characteristics such as its tribological, anticorrosive or wettability properties.With the forced acceleration of the development of new formulations, a better understanding of the interfacial phenomena between the lubricant and the surface is necessary.The adsorption of molecules at the surface being crucial for the spreading capacity of a liquid, DFT calculations of adsorption energies have been performed in gas phase for different additives on a γ-alumina surface. This adsorption being modulated by the molecules tendency to stay in the liquid bulk, the obtained results have been compared to the solvation energies of the same additives in a model base oil. The importance of the surface for the development of lubricants has then been evaluated by comparing the adsorption of various additives on hematite to the values previously obtained on alumina. The influence of the surface hydration state has also been studied. This work was facilitated by the automation of the study of molecules adsorption on surfaces, allowed by the development of DockOnSurf.To complete this study, the formation of films, i.e. of self-organized monolayers, by lubrication additives on the surface has been evaluated in order to go further in the description of the interface. A refinement of the existing molecular mechanics methods was therefore necessary to obtain a better description of the interface. The anticorrosive properties of these films were then characterized.