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traite de la description scientifique de frottement, l'usure et de la lubrification De Wikipédia, l'encyclopédie libre
La tribologie (du grec ancien τρίβος, « frottement » et λόγος, « science, étude ») est la science qui étudie les phénomènes susceptibles de se produire entre deux systèmes matériels en contact, immobiles ou animés de mouvements relatifs. Ce terme recouvre, entre autres, tous les domaines du frottement, de l’usure, de l'étude des interfaces et de la lubrification[2].
C'est une branche du génie mécanique et de la science des matériaux qui a des applications concrètes en archéologie, dermatologie, cosmétique, dans l'industrie, les transports et la biomécanique.
Ce terme désigne aussi la discipline psycho-physiologique qui étudie comment les êtres vivants perçoivent les frottements dont ils sont le siège et les vibrations qui en résultent.
Malgré la désignation relativement récente du domaine de la tribologie, des études quantitatives sur les frictions peuvent être datées dès 1493, lorsque Léonard de Vinci a noté pour la première fois les deux « lois » fondamentales des frottements :
Les deux « lois » fondamentales du frottement ont été publiées pour la première fois en 1699 par Guillaume Amontons, à qui elles sont désormais généralement associées :
Bien qu’elles ne soient pas universellement applicables, ces déclarations simples s’appliquent à une gamme étonnamment étendue de systèmes. Ces lois ont été développées par Charles-Augustin de Coulomb en 1785, qui a remarqué que la force de frottement statique peut dépendre du temps de contact et que le frottement (cinétique) peut dépendre de la vitesse de glissement, de la force normale et de la surface de contact.
En 1798, Charles Hatchett et Henry Cavendish ont réalisé le premier test fiable sur l'usure par frottement. Dans une étude commandée par le Conseil privé du Royaume-Uni, ils ont utilisé un simple appareil alternatif pour évaluer le taux d'usure des pièces d'or. En 1953, John Frederick Archard (en) développa l’équation d'Achard qui décrit l’usure par glissement et qui est basée sur la théorie du contact d’aspérité.
L'examen du phénomène de dilatance des empilements granulaires remonte à O. Reynolds (1885). Son interprétation du phénomène repose sur la théorie de Coulomb. À titre heuristique, Reynolds adopte l'angle de talus naturel comme angle de frottement entre grains.
Les autres pionniers de la recherche tribologique sont le physicien australien Frank Philip Bowden et le physicien britannique David Tabor, tous deux membres du Laboratoire Cavendish de l'université de Cambridge. Ensemble, ils ont écrit le manuel fondamental Friction and Lubrication of Solids (la première partie a été publiée en 1950 et la deuxième partie en 1964).
Michael J. Neale a été un autre chef de file du milieu des années 1900. Il s'est spécialisé dans la résolution de problèmes liés à la conception de machines en appliquant ses connaissances en tribologie. Neale était un éducateur respecté, doué pour l'intégration de travaux théoriques avec sa propre expérience pratique afin de produire des guides de conception faciles à comprendre. Le Tribology Handbook, qu'il a publié pour la première fois en 1973 et mis à jour en 1995, est toujours utilisé dans le monde entier et constitue la base de nombreuses formations pour les concepteurs en ingénierie[3].
Duncan Dowson (en) de l'université de Leeds a étudié l'histoire de la tribologie dans son livre paru en 1998, History of Tribology (2e édition). Cela couvre les développements de la préhistoire aux premières civilisations (Mésopotamie, Égypte antique) et met en lumière les principaux développements jusqu'à la fin du XXe siècle[4].
En 2016, une étude britannique de la partie des carnets de Léonard de Vinci traitant de la tribologie a été réalisée[Note 1]. Ian M. Hutchings, professeur à l’université de Cambridge a démontré[5] que Léonard De Vinci avait déjà compris, 206 ans avant Guillaume Amontons, les lois du frottement (l'attrito) et ses applications physiques. Il a découvert en particulier, entre des esquisses de schémas la phrase suivante : « la friction double l’effort quand le poids double »[6].
La page du Codex Forster[Note 2], dans laquelle se trouvait cette phrase[Note 3], parmi des gribouillis sous-estimés jusqu'à présent, avait été analysée en 1920 par un directeur de musée, qui l'avait jugée « sans importance »[7],[8].
On distingue plusieurs types d’usure[9], auxquels la tribologie s'intéresse :
Les manifestations du frottement sont intégrées à nos comportements quotidiens. Dans un monde qui ne connaîtrait ni frottement ni adhérence, nos gestes les plus simples deviendraient pour la plupart inopérants : tenir un crayon, lacer ses chaussures, serrer une vis, appuyer une échelle au mur ou tout simplement marcher. Il n'y aurait ni bicyclettes, ni automobiles, ni trains (excepté les trains à sustentation), du moins sous la forme actuelle.
De nombreux sports cherchent à maîtriser les frottements, dont le curling et beaucoup de sports d'hiver et de sports de glisse.
À l'inverse, on est en général conscient des inconvénients du frottement, source d'usure ou d'efforts supplémentaires à fournir pour un même travail, donc de gaspillage d'énergie et de matières premières.
Voici quelques exemples.
L'incommensurabilité désigne la non-coïncidence de la quasi-totalité des sites atomiques de deux réseaux cristallins frottant l'un sur l'autre. Par exemple pour deux réseaux cubiques, cette configuration est obtenue au mieux lorsque les surfaces sont décalées de 45 degrés l'une par rapport à l'autre. Elle est une condition de possibilité de la superlubrification au cours de laquelle les frottements deviennent extrêmement faibles[16].
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