Souvent méconnue et pourtant essentielle au bon fonctionnement de tout système mécanique, la Tribologie est une science ancienne. Elle consiste en l’évaluation des effets du frottement et en l’optimisation des systèmes mécaniques. De l’augmentation de la durée de vie d’un produit au respect des réglementations environnementales, les enjeux de la Tribologie sont nombreux.

Découvrez le monde de la Tribologie dans cet article créé pour vous par le laboratoire TMI Tribology.

Définition de la Tribologie

Il faut remonter à 3000 avant JC pour observer les premières traces d’optimisation du frottement, avec l’invention de la roue puis l’utilisation d’un lubrifiant pour faciliter le transport de statues massives en Egypte. Il faudra cependant attendre 1966 pour que Hans Peter Jost, un ingénieur mécanique Anglais, invente le mot « Tribologie ».

Le mot Tribologie signifie « Science du frottement ». En effet, le grec « tribos » signifie « frottement » ou « frotter » et le suffixe « logie » signifie « étude de » ou « science de ». La Tribologie est donc l’étude du frottement, ou la Science et Technologie des corps en contact avec glissement. Encore plus simple, la Tribologie est la science du frottement, de l’usure et de la lubrification.

On appelle le Tribosystème l’ensemble des éléments venant influencer le comportement du système mécanique. On y retrouve alors la matière des corps en contact, la température, l’humidité, la vitesse de frottement et la pression de contact parmi bien d’autres.

Les enjeux de la Tribologie

L’étude des effets et conséquences du frottement dans un système est aujourd’hui essentielle pour répondre aux besoins d’innovation et d’alignement aux réglementations. 

La Tribologie étant une science en constante évolution, la démarche test and learn est de mise. Quel lubrifiant utiliser pour mon roulement à rouleaux pour éolienne ? Quel est le couple matériau / lubrifiant le plus adapté pour réduire au maximum l’échauffement tout en limitant l’usure ? 

Qu’il s’agisse d’augmenter la durée de vie d’un produit ou de développer de nouvelles technologies, mener des tests tribologiques permet de répondre aux enjeux plus que jamais d’actualité au 21ème siècle. 

On va donc utiliser la Tribologie pour :

• Réduire le frottement.
• Augmenter la durée de vie des produits par réduction de l’usure.
• Exploiter le processus de frottement dans certaines applications, comme dans un système de freinage par exemple.
• Développer et Optimiser des produits ou solutions.
• Augmenter la capacité de résistance à la sollicitation d’un système mécanique.
• Soutenir la conception de nouvelles technologies (lubrifiants verts, procédés de fabrication, nanotechnologies, nucléaire, spatial, etc…).
• Comprendre le comportement de matériaux biologiques afin de les transposer dans des usages industriels (biomatériaux de substitution).
• Respecter les réglementations environnementales (par exemple REACH), industrielles et de confort (et même faire mieux) : substituer les matériaux, additifs et produits nocifs.

C’est sur ce dernier point que la Tribologie tire son épingle du jeu. L’optimisation du frottement dans les secteurs de la mobilité et du transport est un des éléments au cœur de la réduction de la consommation d’énergie.

Les pertes d’énergie par frottement

D’après une étude de 2001, le coût de l’usure dans la décennie 1990 en France s’est élevé  à 25 milliards d’euros, ou 3% du PIB. Les frais d’entretien et de maintenance du matériel représentent à eux-seuls 50% de ce coût.

Aux Etats-Unis, on a estimé que 0,7% de la consommation énergétique totale dans les années 1980 était perdue à cause du frottement piston-segment-chemise dans les moteurs de voitures. Cela en y comptant la dissipation de 3% de l’énergie générée par le carburant.

On estime aujourd’hui que 5 à 15% de l’énergie consommée par un véhicule est perdue par frottement. D’ailleurs, dans un véhicule, la réduction de 20% des frottements conduit à une réduction de 7% de la consommation.

Les applications de la Tribologie

Vous l’aurez compris, la Tribologie trouve sa place dans tout système où un contact avec glissement a lieu. Il peut s’agir de systèmes mécaniques, biomécaniques ou naturels. On retrouve 4 grandes familles d’applications de la Tribologie :

• Les Systèmes et Composants mécaniques (engrenages, roulements, freins, etc…).
• Les Process de Fabrication / Construction (Forgeage, Etirage, Laminage, Polissage, Usinage, Forage, etc…).
• La Biomécanique (frottement et usure des articulations, prothèses, valves cardiaques, dentaire, etc…).
• Les Phénomènes Naturels (l’érosion à l’eau ou au vent, la tectonique des plaques, etc…).

Quels sont les secteurs concernés par la Tribologie ?

La Tribologie se retrouve ainsi dans divers secteurs :

• Aéronautique,
• Spatial,
• Automobile (moteur, freins, embrayages, etc…),
• Transport (contact roue/rail, pneu/chaussée, etc…),
• Lubrifiants,
• Energie (Nucléaire, éolien, solaire, etc…),
• Peintures & Revêtements (augmentation de la résistance à l’usure, réduction du frottement, etc…)
• Cosmétiques & Soins (contact produit/peau, shampooing/cheveux, produits de plaisir, etc…).

La Tribologie, c’est donc la science qui se penche sur ce qui se passe lorsque des choses frottent les unes contre les autres, et comment on peut rendre tout cela plus efficace et durable. De nombreux domaines sont concernés, de l’ingénierie à la mécanique, en passant par les lubrifiants et les matériaux.