Effets de mémoire dans les contacts rugueux : du continu au moléculaire

Bien que le modèle de frottement « de Coulomb » suppose un coefficient de frottement indépendant de la vitesse de glissement et du temps de contact, la campagne expérimentale de Coulomb a démontré l’influence de ces deux paramètres sur la force résistant le glissement entre deux solides. Depuis, ce comportement « rate-and-state » a été caractérisé pour de nombreux systèmes, notamment par Rice, Dieterich et Ruina, avec un comportement quasi-universel caractéristique : une dépendance logarithmique du frottement par rapport au temps de contact et à la vitesse. Dans ce séminaire, j’explorerai les origines de l’évolution du frottement avec le temps de contact sous le prisme du contact rugueux.

Dans un premier temps, je décrirai la dynamique d’évolution de l’aire de contact entre deux solides rugueux viscoélastiques lorsque la force normale évolue de manière non-monotone. Des expériences sur contacts entre blocs d’acrylique, menées par Sam Dillavou et Shmuel Rubinstein, démontrent l’existence d’effets mémoire à long terme et une décroissance de l’aire de contact longtemps après une diminution de la pression de contact. Je discuterai des modèles que l’on peut employer pour tenter de reproduire ces expériences, de ce qu’ils prédisent, et démontrerai ainsi l’incapacité des modèles actuels de contact rugueux viscoélastique à reproduire les effets observés expérimentalement sur l’acrylique.

Dans un second temps, je parlerai de l’évolution de la force de frottement statique au repos pour des surfaces rugueuses recouvertes d’une mono-couche d’acide gras. En alliant des simulations de dynamique moléculaire avec des résultats expérimentaux obtenus au LTDS de l’École Centrale de Lyon par Alexia Crespo, Juliette Cayer-Barrioz et Denis Mazuyer, je montrerai le rôle fondamental de la rugosité dans l’augmentation de la force de frottement, et que l’effacement de la mémoire du contact lors du glissement est liée à l’évolution des liens moléculaires entre les deux surfaces, et non à la morphologie des micro-contacts.