Tribologie

Définition

La tribologie est une étude qui traite du frottement (friction), de l'usure et de la lubrification des surfaces en interaction en mouvement relatif (comme dans les roulements ou les engrenages). La tribologie peut être définie comme la science et la technologie des surfaces en interaction en mouvement relatif, et comprend l'étude du frottement, de l'usure et de la lubrification. Ce qui est tribologique est en rapport avec la tribologie.

Exemple d'étude de la tribologie :

La tribologie est l'étude des surfaces interactives en mouvement les unes par rapport aux autres au sein d'un système de pièces mobiles. Elle présente trois aspects principaux : le frottement, l'usure et la lubrification.

Explications

Le domaine de la tribologie est très complexe car il implique une multitude de disciplines et de domaines académiques, notamment les mathématiques, la physique, la chimie, la biologie, la science des matériaux et l'ingénierie. En tant que telle, la tribologie a de nombreux sous-domaines, tels que la biotribologie, la nanotribologie, la tribotronique, etc.

La tribologie a plusieurs sous-domaines, mais il serait prudent de l'étudier à partir de ses principaux processus sous-jacents : le frottement, l'usure et la lubrification. L'essence de la tribologie est essentiellement de minimiser (ou dans certains cas, de maximiser) le frottement et l'usure grâce au bon type de lubrification dans un système donné impliquant des pièces mobiles. Comme il existe de nombreux types différents de tels systèmes, chacun impliquant des matériaux différents et nécessitant différents types de lubrification, il est évident à quel point l'étude de la tribologie peut devenir compliquée.

Propriétés tribologiques

Les propriétés tribologiques des nanomatériaux n'ont pas été décrites de manière exhaustive dans la littérature. Habituellement, les nanocouches produites par divers traitements de surface sont caractérisées en tribologie. L'analyse de l'effet du raffinement du grain sur l'usure et le coefficient de frottement des couches nanocristallines indique qu'elles présentent principalement une résistance à l'usure plus élevée que les couches microcristallines.

Les composants de la tribologie sont la friction, la lubrification et le transfert de chaleur. Ces composants tribologiques sont pertinents pour le processus de laminage à plat à chaud et à froid. Leur effet combiné, entraînant une usure des rouleaux, doit être considéré. Les coûts associés à une application inappropriée des principes tribologiques sont des variables indépendantes, affectant la qualité de la surface du produit laminé et l'efficacité du transfert d'énergie au contact entre le rouleau et la bande laminée.

Le coefficient de frottement et le facteur de frottement demandent des approches par des méthodes expérimentales et analytiques.

Importance de la tribologie

Des recherches sur l'impact du frottement et de l'usure et, par extension, de la tribologie sur la consommation mondiale d'énergie ont été menées par Kenneth Holmberg et Ali Erdemir en 2017. Leur étude a porté sur quatre grands secteurs consommateurs d'énergie : la fabrication, les transports, la production d'électricité et le résidentiel.

Voici quelques-unes des conclusions auxquelles ils sont parvenus :

• Près d'un quart de l'énergie totale consommée dans le monde provient de contacts tribologiques, principalement dans les efforts pour minimiser les frottements et dans le remplacement de pièces et d'équipements usés.
• Si les progrès de la recherche tribologique sont correctement exploités, la réduction potentielle de l'énergie totale perdue à cause du frottement et de l'usure pourrait atteindre 40 % dans les 15 prochaines années.
• Parmi les quatre secteurs consommateurs d'énergie, le transport est celui qui profite le plus de la bonne application des avancées de la recherche tribologique (25 % à court terme et 55 % à long terme) suivi de la production d'électricité (20 % à court terme et 40 % à long terme). La liste est complétée par le secteur manufacturier et le secteur résidentiel avec respectivement 25 % et 20 % d'économies d'énergie à long terme.
• La recherche en tribologie et sa bonne application peuvent réduire les émissions de dioxyde de carbone dans le monde de 1,46 milliard de tonnes et de 3,14 milliards de tonnes respectivement à court et à long terme. Ces réductions d'émissions pourraient également conduire à des économies de coûts de l'ordre de 450 milliards d'euros et 970 milliards d'euros respectivement à court et à long terme.

Origine et histoire du mot "tribologie"

Le mot tribologie a été utilisé pour la première fois dans un rapport historique de Peter Jost (1966) au Royaume-Uni. Il est dérivé du terme grec tribos signifiant frotter, de sorte que le sens littéral serait "la science du frottement".

Léonard de Vinci a été le premier à énoncer les deux lois du frottement régissant le mouvement d'un bloc rectangulaire glissant sur une surface plane, mais ses travaux sont restés inédits et les études scientifiques sur l'usure se sont très peu développées jusqu'au 20^ème siècle. Depuis le début du 20^ème siècle, cependant, les connaissances dans tous les domaines de la tribologie se sont considérablement développées, en raison de l'énorme croissance industrielle, qui a conduit à la demande d'une meilleure compréhension de la tribologie.

Le penseur de la Renaissance Léonard de Vinci est largement considéré comme le père de la tribologie car il a développé certaines des premières idées rudimentaires sur le sujet. Le physicien Guillaume Amontons et l'ingénieur Charles-Augustin Coulomb, tous deux français, ont développé l'ensemble des connaissances tribologiques et développé d'autres théories, dont certaines sont encore pertinentes à ce jour.

⭐ Bien que le terme tribologie n'ait été inventé qu'en 1966 par Peter Jost, les humains ont reconnu le concept sous une forme ou une autre depuis des milliers d'années. La première mention de la tribologie se trouve en fait dans la Bible où il est question de Noé construisant l'arche et la scellant intérieurement et extérieurement avec de l'asphalte/du bitume.

La tribologie est la science et l'ingénierie des surfaces de frottement. Un panorama historique de l'évolution de la tribologie existe depuis la Préhistoire jusqu'au stade très avancé atteint aujourd'hui. Des analyses phénoménologiques basées sur l'observation et l'expérimentation ont donné lieu à une compréhension progressive des processus de frottement, d'usure et de lubrification, avec une application à de nombreux problèmes industriels. De nombreux rapports industriels publiés au cours des dernières décennies ont montré l'énorme impact de la tribologie sur l'économie et l'écologie.

Défis

L'un des défis majeurs rencontrés en tribologie est sa faible visibilité, en grande partie en raison de sa nature multidisciplinaire nécessitant une expertise dans des domaines variés pour saisir pleinement la situation dans son ensemble. Pour cette raison, il est également très difficile de développer des modèles de résolution de problèmes qui peuvent prédire et simuler avec précision les processus tribologiques.

Un autre défi est la complexité même du domaine en lui-même. De nombreux progrès ont été réalisés grâce aux méthodes empiriques d'essais et d'erreurs et aux améliorations nées de plusieurs itérations expérimentales plutôt qu'à une compréhension complète et approfondie des mécanismes tribologiques sous-jacents. La voie à suivre n'est rien d'autre qu'une recherche accrue et une agglomération de tous les domaines constitutifs en un seul domaine afin que la tribologie puisse se suffire à elle-même.

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