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Les particules fines se forment lorsque les aspérités de deux surfaces apparemment lisses dépassent une longueur critique.

Ramin Aghababaei/EPFL

(sda-ats)

Elle génère des particules fines dans l'atmosphère et dégrade les pièces mécaniques. L'usure par adhérence constitue un problème aussi important que mal compris. Des chercheurs de l'EPFL ont procédé à une simulation reproduisant la production de particules de débris.

Les scientifiques ont reproduit au niveau atomique les interactions entre deux surfaces, selon ces travaux publiés dans la revue Nature Communications. On estime à 20% des particules nocives dans l'air celles qui proviennent des plaquettes de freins des véhicules ou de l'usure de la surface des routes.

"N'importe quelle machine ayant des parties mobiles est sujette à l'usure d'adhérence, qui finalement réduit son espérance de vie", explique Ramin Aghababaei, auteur principal de l'étude, cité vendredi dans un communiqué de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).

Le processus est toujours le même: deux surfaces - les engrenages d'une montre, les plaquettes de freins contre leurs disques, une articulation artificielle contre son cotyle - frottent l'une contre l'autre. Des forces atomiques à courte portée agissant entre ces surfaces, connues sous le nom de forces de van der Waals, collent localement les surfaces l'une à l'autre.

Si l'adhérence est suffisamment forte, de petits fragments peuvent être arrachés de l'une des surfaces, aboutissant à la formation de minuscules particules de débris.

Réconcilier simulation et réalité

Des chercheurs ont développé d'innombrables modèles du processus d'usure d'adhérence et de la formation de débris. Mais dans les simulations par ordinateur, basées sur les forces inter-atomiques qui agissent entre les deux surfaces, ces dernières tendent à devenir plus lisses avec le frottement et ne rendent compte d'aucun débris significatif. Le défi consistait à réconcilier simulation et réalité.

Bien que les surfaces de contact puissent paraître parfaitement lisses, elles sont couvertes de bosses microscopiques. "Ce que nous avons découvert, c'est que le débris se forme seulement lorsque le contact entre les aspérités microscopiques à la surface des matériaux dépasse une longueur critique. Lorsque le contact est plus petit, les matériaux deviennent plutôt plus lisses lorsqu'ils frottent l'un contre l'autre", précise Ramin Aghababaei.

Cette découverte a échappé longtemps aux chercheurs à cause de l'ampleur de la simulation informatique nécessaire pour capturer des aspérités dépassant la longueur critique. Les scientifiques espèrent que leur découverte suscitera un regain d'activité dans la communauté expérimentale et dans les industries pour lesquelles l'usure est importante.

ATS