Jacques P. Tardif

Direction technique

NEAR ZERO-QUANTUM FRICTION  

Associer plusieurs matériaux non miscibles entre eux, pour en obtenir une résultante ayant des propriétés que les composants seuls n’ont pas, c’est réaliser un composite.

Les matériaux composites existent depuis de nombreuses années. Béton armé en 1848, fibre de verre polyester liquide en 1950.

Aujourd'hui ils sont plus connus lorsqu’ils sont réalisés avec des matrices époxydes, polyesters ou polyuréthanes, mais ils existent également avec des matrices métalliques. Le groupe SAFRAN avec ses 16 000 brevets au rythme de 450 dépôts par an, a déposé un brevet d’invention mettant en œuvre du phosphore, du nickel et du talc (connu depuis l’antiquité) pour de la visserie aéronautique ; un autre pour un revêtement Ni-Ag-MoS2, résistant à l’Hydrogène liquide à -253°C.

Si en mécanique des fluides on recherche avant tout des coefficients de résistance à l’eau ou à l’air les plus faibles possibles, en tribologie les formulateurs recherchent des lubrifiants ayant des coefficients de frottement les plus proches possible de 0, quels que soient les substrats en présence, les vitesses, les charges, les températures ou les ambiances.

Les lubrifiants solides interviennent, mais individuellement aucun d’entre eux n’a les performances nécessaires pour résoudre tous les cas de figure. La structure, l’adsorbsion (leur affinité avec les surfaces), les propriétés physico-chimiques jouent un rôle essentiel mais non déterminant.

Quelques exemples :

Nitrure de bore

Poly cristallin et cubique (CBN). Il est connu avec le diamant, comme super abrasif dans la fabrication de meules pour la rectification.

De forme hexagonale (Hex.BN), c’est un lubrifiant solide. Il possède un coefficient de frottement statique ou cinétique moyen, à partir de 0,4.

Dans les 2 cas le Nitrure de Bore a une très bonne tenue à la température ; 900°C en ambiances oxydantes, 1200°C en ambiances neutres.

Mos²

Ayant une affinité remarquable pour les métaux, il a connu un essor fulgurant dans les années 1960. De forme lamellaire, un coefficient de frottement initial de 0.04 10 fois inférieur au Hex.NB, une tenue à la température de -180°C à +450°C à l’air, il se dégrade en présence de chlore, de bases ou d’oxydants, et peut corroder les surfaces.

PTFE

Il a un coefficient de frottement très moyen de 0,2, une inertie chimique exceptionnelle, mais sa tenue aux températures élevées est peu performante. A partir de 260°C il dégage de l’hydrogène fluorhydrique, ce qui limite son utilisation à des températures moyennes.

Pour mémoire, le graphite à un COF initial de 0,1, le fluorure de graphite (Cfxn) de 0,1 et le bisulfure de Tungstène (WS2) de 0,03.

La diminution du coefficient de frottement, de l’usure, de l’énergie, sont des quêtes permanentes.

De nouveaux lubrifiants solides tels que les fullerènes C60, C540, les NDP, Graphène nano scroll ou DLC (Diamond Like Carbon avec un COF de 0,001), font l’objet d’importantes recherches d’applications, dans les domaines HI-TECH.

Le marathon SHELL détient le record de 1017 km pour 1L d’équivalent carburant ; la diminution du coefficient de frottement en est un maillon. Cette initiative, a fait et fait toujours avancer la recherche ; il faut féliciter les très nombreux professeurs et étudiants qui y participent. Les obscurantistes diront que ces avancées ne sont pas commercialisables, mais faut-il rappeler que les innombrables inventions d’Eric TABARLY, à qui je rends le plus grand hommage ayant eu aussi la mer pour passion, font aujourd’hui, du reste, partie de notre quotidien.