Paramètres influençant la lubrification par émulsion

Influence de la vitesse

Evolution de l’épaisseur

Aux basses vitesses : Formation d’une réserve d’huile … Expérience de Zhu [25]: Le système étudié par Zhu est un cylindre tournant au-dessus d’un plan dans les conditions de l’ElastoHydrodynamique (EHD). Grâce à un système optique il a regardé ce qui se passait dans l’emprise. Aux basses vitesses, il constate qu’il y a formation d’une réserve d’huile : « oilpool ». Cette observation permet de résoudre en partie le paradoxe énoncé dans l’introduction. En effet, grâce à la présence de cette réserve (fig. n°1.14), le contact est alimenté en huile, et c’est bien l’huile qui lubrifie. L’eau qui se trouve tout autour va quant à elle jouer le rôle capital de thermorégulateur. En effet, en lubrification, la viscosité est le paramètre essentiel. Or la déformation plastique de la tôle libère de l’énergie thermique qui va échauffer le lubrifiant. Sous l’effet de cette augmentation de température, l’huile voit chuter sa viscosité, donc ses capacités lubrifiantes. L’eau, liquide de grande capacité calorifique, va modérer ces hausses de température et ainsi éviter l’altération des propriétés lubrifiantes de l’huile. En résumé, une émulsion d’huile dans l’eau, homogène, constituée à 98.% d’eau est envoyée sur la tôle et les cylindres. Par un certain mécanisme, l’huile seule se retrouve au niveau du contact, où elle va jouer son rôle de lubrifiant. L’eau se place tout autour, et empêche les hausses de température qui pourraient gêner l’action de l’huile.  

Evolution du frottement

Figure n°1.16 : Avec une concentration initiale de 1,5.%, il existe une vitesse critique Uc , au-delà de laquelle, l’augmentation de la vitesse provoque une hausse du frottement. [26] Figure n°1.15-b : – Aux basses vitesses : hém.= hhuile pure Figure n°2-b : – Aux hautes vitesses : hém. est du même ordre de grandeur que heau pure [25] Figure n°1.15-a : la réserve d’huile diminue lorsque la vitesse augmente. Elle finit par disparaître pour une certaine vitesse critique Uc1. [25] φo=5%, CL Huile Pure, CL Eau Pure, CP uc1 0.01 0.1 1 10 10 100 1000 Vitesse (m/s) Epaisseur (10 -9 m) uc1 0.00 1 0.1 1 10 0.01 1 Vitesse (m/s) Réserve CL : Contact Linéique – CP : Contact Ponctuel uc2 – 41 – Il est désormais temps de parler de l’expérience de Reich [26] qui montre (graphe à l’appui) la fameuse vitesse critique (Uc) déjà présentée dans l’introduction et dont l’existence est à l’origine de ce travail de thèse. L’expérience de laminage de tôles d’aluminium de Reich montre qu’il existe bien une vitesse critique, que nous nommerons donc Uc à partir de laquelle les choses se dégradent (fig. n°1.16). Il a tracé l’évolution de la force de laminage (fonction monotone croissante du coefficient de frottement) pour différentes vitesses en utilisant comme lubrifiant une émulsion dont le taux d’huile est de 1,5 %. Le passage de la première vitesse testée à la deuxième ne change rien au niveau du frottement. Cela prouve que dans un premier temps, l’augmentation de la vitesse est sans incidence sur le frottement. Cependant au-delà de cette vitesse critique (Uc), une augmentation de la vitesse se traduit inexorablement par une hausse du frottement. 

Commentaire personnel

Deux expériences ont été présentées. L’expérience de Zhu, faite en EHD, montre qu’il existe deux vitesses critiques Uc1 et Uc2. L’expérience de Reich, faite en laminage montre qu’il existe une vitesse critique Uc. Malheureusement nous n’avons aucun résultat expérimental superposant (en laminage ou en EHD) les courbes d’épaisseur et de frottement. Cela n’est pas sans poser problème. Tout d’abord, rien ne prouve qu’un même phénomène de bifurcation des courbes d’épaisseur (constatées en EHD pour U>Uc1) existe dans les conditions réelles de laminage. Cependant, dans le sens où l’étude porte sur le même système (cylindre tournant « au dessus » d’un plan) que seule la valeur de la pression exercée est au fond différente, les résultats en EHD et en laminage ne devraient pas, en toute logique, être si différents que cela. C’est la raison pour laquelle nous considèrerons dans la suite de cette étude (avec toutes les réserves nécessaires à ce genre d’assertion) que les résultats de Zhu sont généralisables au laminage. Il faut noter que les expériences de Zhu et de Spikes (en film complet) ne peuvent au mieux que simuler la zone d’entrée de l’emprise. Ensuite, nous en sommes ainsi réduit à émettre des hypothèses sur l’origine de l’apparition de la vitesse critique Uc. La plus naturelle consiste à vouloir essayer d’associer Uc à Uc1. L’expérience de Zhu montre en effet qu’il existe une vitesse critique Uc1 pour laquelle on a un effondrement de la réserve d’huile et une bifurcation des courbes d’épaisseur. Il faut cependant se garder de faire des conclusions hâtives. En effet, le résultat de Zhu présenté (figure n°1.15-a et b) doit être nuancé. Si la chute de la réserve est colossale et manifeste, rien ne permet d’affirmer qu’elle est totale. On pourrait en effet imaginer qu’un reliquat (même tout petit, indétectable) de réserve continue d’exister : hypothèse, on va le voir, pas forcément inintéressante. Avant de poursuivre il convient de s’arrêter sur un phénomène important qui a trait à l’influence de la chimie. En effet jusqu’à présent le frottement n’a plus ou moins été abordé qu’en terme d’épaisseur de film : plus le film est épais et plus le frottement diminue. Il serait bien évidemment difficile d’en disconvenir, cependant dans le régime mixte il y a des plateaux et le frottement sur ces plateaux est essentiellement gouverné par la chimie (les phénomènes de micro-hydrodynamisme ne seront pas considérés ici).