L’objectif scientifique de l'équipe TRIBOLUB (Mécanique des Interfaces Lubrifiées) est de progresser dans la compréhension et la modélisation des phénomènes physiques conditionnant le comportement des interfaces lubrifiées. Les approches développées sont multi-échelles car elles vont de l'échelle des rugosités d'interface à l'échelle des systèmes mécaniques. En même temps, la recherche mise en place est multidisciplinaire et les phénomènes étudiés sont fortement couplés : fluide/structure/thermique/dynamique. Une des caractéristiques de l'équipe est d'utiliser les connaissances scientifiques fondamentales pour améliorer les problématiques industrielles relatives à la conception et au dimensionnement des éléments fluides support ou d'étanchéité des lignes d'arbres. Elle combine ainsi de manière équilibrée une recherche académique à une recherche partenariale. Pour atteindre ces objectifs, l'équipe a développé une double approche numérique / expérimentale dont l'objectif est de comprendre les phénomènes mis en jeu par l'analyse des résultats expérimentaux systématiquement comparés à des modélisations numériques originales développées en interne. Ainsi, l'équipe TRIBOLUB dispose d'un parc expérimental très important composé de bancs d'essais dédiés à l'analyse des composants, à l'analyse des systèmes et à la caractérisation des surfaces et des lubrifiants. En prenant en compte les enjeux technologiques abordés, l'équipe est historiquement structurée autour de trois principales opérations : • JointLub, qui s'intéresse aux problèmes liés aux étanchéités dynamiques • EcoLub, qui traite de l’optimisation et de l’amélioration des organes de guidage • TurboTrib, qui étudie la lubrification des machines tournantes rapides utilisées dans l'aéronautique et le spatial   Ces dernières années, les travaux de l'équipe se déclinent selon 3 axes qui sont détaillés ci-après.

Rôle des matériaux et de leur état de surface

• L'influence des matériaux utilisés comme revêtement sur le comportement des paliers de butées hydrodynamiques en régime transitoire • La tribologie à sec des matériaux avec l’étude des lubrifiants solides à haute température • L'étude de la tribologie des fibres de carbone • La lubrification mixte avec prise en compte des paramètres de rugosité • L’améliorer du comportement des organes lubrifiés via la fonctionnalisation des surfaces • La tribologie dentaire • La texturation de surface

Problèmes multiphysiques des interfaces lubrifiées

• L'identification des phénomènes triboélectriques générés par la présence d'un fluide conducteur permettant le passage d'un courant électrique • La modélisation numérique des paliers hydrodynamiques • L’étude théorique et expérimentale des joints à hélices sans contact • Analyses théoriques et expérimentales des étanchéités par joint pneumatique • L'étude multiphysique des paliers aérodynamiques et aérostatiques • L'analyse théorique et expérimentale de l'effet Morton • La modélisation gaso-thermo-dynamique et l'analyse expérimentale de joints aéronautiques de type "segmentés" • L’approche multi-échelle de la lubrification • L'étude multiphysique des garnitures mécaniques

Problématiques à caractère exploratoire

• La lubrification eX-Poro-HydroDynamique (XPHD) qui est un mécanisme original de lubrification autoportante dans des structures extrêmement compressibles et poreuses, imbibées de lubrifiant • Les phénomènes tribologiques et électrostatiques couplés à la surface des polymères • La visualisation 2D du phénomène de triboémission des électrons • La lévitation acoustique

L’objectif principal de l’équipe TRIBOLUB est de consolider la compréhension des phénomènes physiques conditionnant le comportement des éléments fluides support ou étanchéité des lignes d’arbre. Ces phénomènes sont fortement couplés (fluides/structure/thermique en statique/transitoire/dynamique…) et multi-échelles, allant de l’échelle macroscopique des composants (rotor/stator), en passant par l’échelle microscopique des films minces, jusqu’à l’échelle nanométrique des interfaces et/ou de la rugosité…

Les performances des machines reposent en grande partie sur la qualité du guidage en rotation (grandes vitesses de rotation, faibles couples de frottement, fiabilité, …) et sur leur capacité à garantir l’interdiction de passage d’un fluide (gaz, liquide) d’une zone à une autre : c’est la fonction étanchéité (limitation des émissions polluantes, réduction des pertes énergétiques).

La bonne maîtrise des phénomènes physiques et de leur modélisation peuvent être mobilisées afin de caractériser finement les performances de ces composants et répondre ainsi aux enjeux industriels de conception et de dimensionnement en proposant des solutions techniques innovantes en rupture avec les pratiques actuelles. Cette maîtrise scientifique et technique s’appuie sur un patrimoine scientifique et expérimental unique au niveau national, voire pour certains au niveau international. L’équipe TriboLub dispose d’une plateforme de plus d’une douzaine de bancs d’essais permettant des expérimentations sur toutes sortes de composants (paliers-butées-étanchéités) lubrifiés avec de l’huile, de l’eau ou de l’air, soumis à des vitesses pouvant aller jusqu’à des valeurs très élevées (plus de 500 m/s) avec des dimensions allant de quelques cm jusqu’à 400 mm. Il est ainsi possible de traiter expérimentalement des thématiques avec des maturités technologiques (TRL) de niveaux 1 à 4 environ.

 

Deux grandes familles de bancs peuvent être mobilisées :

• Caractérisation des performances d’étanchéités dynamiques
• Caractérisation des performances de paliers et butées

 

Poster de présentation des bancs d'essais de l'équipe

Fiche récapitulative des moyens expérimentaux

Talyrond 365	Talysurf	Rhéomètre/Tribomètre	TMS ProSurf
Microscope Zeiss Axio Zoom V16	Appareil de mesure d'angle de contact	Colonne de Mesure

 

Liste des publications de l'équipe TriboLub de janvier 2015 à juin 2020.

LERDED (Laboratoire d’études, de recherche et de développement sur les étanchéités dynamiques)

Objectifs industriels et scientifiques

Le laboratoire commun Lerded est créé en 2008. Dans ce cadre, plusieurs travaux de recherche sont menés :

• Lubrification mixte des joints hydrauliques en élastomère

Étude expérimentale et de modélisation des joints hydrauliques.

• Lubrification mixte des joints multilèvres

Modélisation de différents régimes de lubrification et en particulier prise en compte des effets thermiques et des rugosités.

• Lubrification mixte et comportement thermique des garnitures mécaniques

Modélisation opérationnelle de la lubrification mixte et du comportement thermique des garnitures mécaniques.

• Lubrification mixte des garnitures mécaniques

Modélisation de la lubrification mixte entre la face lisse du rotor et la face rugueuse du stator.

 

Contacts

• Noël Brunetière – Tél. : 05 49 49 65 31 – nom.prenom@univ-poitiers.fr

• Didier Fribourg – Tél. : 03 44 67 36 82 – nom.prenom@cetim.fr

La chaire industrielle ANR AeroSeal répond aux besoins formulés par Safran Aircraft Engines (SAE), Safran Transmission Systems (STS) et le Cetim d’approfondir les connaissances et la maîtrise du fonctionnement des systèmes d’étanchéité aéronautiques. L’Institut Pprime a une compétence reconnue dans ce domaine. La structuration d’une thématique Tribologie-Etanchéité autour de ces quatre partenaires vise à accélérer l’accumulation des connaissances fondamentales et leur transfert vers l’industrie dans un contexte de forte concurrence internationale. L’objectif de la chaire est, pour les différents partenaires, de progresser sur la maîtrise de la durée de vie d’une étanchéité et la maîtrise de la performance d’une étanchéité en termes de débit de fuite et puissance dissipée. Pour un moteur d’avion, il s’agit de réduire la consommation de carburant en diminuant les prélèvements d’air nécessaires à la pressurisation des enceintes et en réduisant les risques feu grâce à un meilleur contrôle des fuites d’huile ou de carburant dans le temps. Pour cela, la chaire s’appuiera sur deux thématiques :

• L’une traitant de l’usure et de la dégradation des contacts, qui permet d’adresser les problématiques de durée de vie et de comportement des couples de matériaux en vis-à-vis dans l’étanchéité ;
• L’autre visant à étudier des régimes spéciaux d’écoulement, permettant d’évaluer des grandeurs telles que les coefficients de frottement et les débits de fuite qui permettent de remonter à la performance d’une étanchéité.

Du point de vue académique, les deux axes se traduisent par :

• la caractérisation multi-échelle du régime de frottement mixte en présence d’un écoulement de fuite diphasique ;
• la mise au point d’un modèle théorique pour l’usure et sa validation expérimentale ;
• l’amélioration des étanchéités pour des fluides diphasiques (en film mince par texturations des surfaces, en film épais par effets de pompage).

La recherche et le développement technologique partagés entre les quatre partenaires du projet permettra la mise en place d’un centre de compétences pérenne, de niveau international pour les étanchéités dynamiques. Les résultats obtenus permettront l’amélioration de la compétitivité des moteurs aéronautiques français, la réduction de leurs émissions et le développement d’innovations dans ce domaine. Ils pourront par ailleurs être largement transférés aux cas d’étanchéités de machines tournantes utilisées dans d’autres secteurs industriels et servir de base à de nouveaux développements. La chaire initialement prévue pour 2021-2025 est reconduite pour trois ans à partir de 2026.

Contacts

Mihai Arghir – nom.prenom@univ-poitiers.fr Mohamed Andasmas – nom.prenom@safrangroup.com Lassad Amami – nom.prenom@cetim.fr