De la recherche fondamentale au partenariat industriel

MAS

Micro-Analyse des Surfaces (MAS)

Présentation

    Thématique(s) et objectifs : Les compétences du thème sont la conception, la réalisation et l’analyse des résultats de tribomètres spécifiques. Cette activité est menée suivant plusieurs axes : (i) Tribologie de la mise en forme, (ii) Relation entre les sensations tactiles humaines et les propriétés morphologiques et mécaniques des surfaces, (iii) Maîtrise des efforts de frottement via une structuration de surface déterministe, (iv) Etude de la contamination des surfaces.

    Spécificités et points forts : au niveau national, il y a plusieurs équipes qui travaillent sur ces sujets : le LCTS Lyon (Philippe KAPSA), le LAMCOS Lyon (Yves BERTHIER), le LMS - Poitiers (Michel FILLON, Bernard VILLECHAISE), LGP Tarbes (Jean DENAPE). En comparaison, notre thème porte plus spécifiquement sur la simulation expérimentale dans le cadre de la tribologie de la mise en forme, ainsi que sur la recherche de paramètres physiques permettant de quantifier des sensations tactiles humaines.

    Chercheurs permanents : Luc CARPENTIER, Pierre-Henri CORNUAULT, Guy MONTEIL, Xavier ROIZARD

Mots clés

Fonctionnalisation des surfaces, Structuration des surfaces, Etat de surface, Propreté, Tribologie, Caractérisation mécanique et physique des surfaces.

Bilan de l'activité scientifique 06 – 09

    Résultats marquants du quadriennal : Le résultat le plus marquant de ce quadriennal est sans nul doute la mise en place d’un système de mesure in situ de l’usure de poinçon de découpe, permettant, après analyse et compréhension de celle-ci, d’intégrer ce paramètre évolutif dans des simulations par éléments finis de l’opération. Le but est d’affiner les prévisions des modèles numériques. La mesure a été possible en utilisant une technique d’activation sélective des faces actives du poinçon de découpe liée à une mesure précise de l’activité résiduelle. En effet, la diminution de celle-ci dans le temps dépend à la fois de la décroissance naturelle de l’activité et de la perte de matière irradiée liée à l’usure. Cette activité de recherche rassemble une dizaine de partenaires industriels pour lesquels les résultats sont d’une grande importance pour améliorer la qualité de leurs procédés de découpe. Une deuxième thèse est en cours sur ce sujet et a conduit jusqu’alors à 5 publications internationales et 7 communications nationales et internationales. Un effort important a également été entrepris pour concevoir et mettre au point des appareillages de métrologie sensorielle, notamment dans le cadre du toucher ; l’objectif étant de relier des sensations, telles que le collant, le glissant ou la nervosité, avec des paramètres mécaniques. 1 publication internationale et 7 communications nationales et internationales émanent de ce sujet. Dans le cadre de la fonctionnalisation des surfaces, deux approches ont été menées. L’une emprunte la voie d’une micro-topographie de surfaces optimisée, pour des contacts lubrifiés. La deuxième s’appuie sur le rôle dominant de la physico-chimie de surface lors de contacts secs. Elle nécessite en premier lieu de bien savoir définir ce qu’est une « surface propre » et comment qualifier et quantifier les différentes couches de contaminant chimisorbées ou physisorbées sur les surfaces en contact. Cette thématique a débouché lors du dernier quadriennal, à 3 publications internationales et 10 communications nationales et internationales.
MAS 1
MAS 2

Projet scientifique

    Enjeux sociétaux : Afin de minimiser les quantités de lubrifiant présentes dans certains systèmes tribologiques, l’optimisation de la micro-géométrie de surface et/ou l’ajout de monocouches auto-assemblées doit avoir un impact écologique appréciable.

    Enjeux scientifiques : Concernant la tribologie de la mise en forme, l’évolution principale consiste à rendre plus fiable les modèles numériques permettant de prédire la réussite de l’opération, en y intégrant un paramètre important : l’usure des outils qui conditionne l’évolution géométrique et la qualité des pièces produites.

    Objectifs de recherche envisagées : nous avons identifié 2 objectifs à atteindre durant la période du prochain quadriennal.

  • Objectif 1 : Accentuer nos compétences dans le domaine de la compréhension et de la modélisation expérimentale des mécanismes d’usure des contacts frottants par des méthodes couplant expérience et caractérisation. Les méthodes expérimentales de l’ensemble des équipes étudiant l’usure des contacts tribologiques souffrent continuellement d’un handicap essentiel : le contact étudié n’est pas visible et la caractérisation qualitative et quantitative de son usure n’est possible qu’en désolidarisant les surfaces frottantes, après quoi il est impossible de poursuivre l’essai afin d’atteindre un nouveau niveau d’usure. Dans ce cadre, nous souhaitons développer diverses techniques dites « in-situ » permettant d’associer un moyen de caractérisation à un tribomètre instrumenté, afin de réaliser des suivis d’usure (quantitatifs et qualitatifs) des contacts étudiés.

    • Atouts, opportunité, et positionnement : Dernièrement, les membres du thème ont mis au point une technique novatrice de mesure in-situ de l’usure de poinçons de découpe par activation. Cette méthode, développée dans le cadre des thèses de F. Gréban et H. Makich, présente l’intérêt d’être applicable aussi bien sur un dispositif expérimental de laboratoire que sur un système industriel de production. L’équipe souhaite développer davantage cette technique pour laquelle elle est leader sur le plan international. Parallèlement, le thème souhaite développer une technique de suivi in-situ par tomographie aux rayons X en se munissant d’un µ-tribomètre à dimensions réduites implantable dans un tomographe ou à l’ESRF (synchrotron de Grenoble). Des tests ayant pour objectif d’évaluer les performances de cette démarche sont actuellement en cours en partenariat avec E. Maire de l’INSA de Lyon. Pour ce faire, elle pourra s’appuyer sur la volonté du département Méc’Appli d’acquérir un tomographe de laboratoire, sur le savoir-faire d’un de ces membres en tomographie et traitement d’images, ainsi que sur des collaborations avec des spécialistes internationalement reconnus dans le domaine. Le thème souhaite également mettre au point un mini-tribomètre instrumenté implantable sur des outils de caractérisation performants dont il dispose (MEB, microscope confocal). Pour mener à bien ces dernières innovations. L’ensemble de ces méthodes doit permettre de définir précisément un scénario d’usure des contacts étudiés, qui peut être éventuellement implémenté dans un code prédictif de simulation par éléments finis. Outre quelques études réduites à des conditions de contact particulières (frottement sous vide, matériaux transparents), les autres équipes de tribologues n’ont pas développé une réelle activité expérimentale offrant un couplage in-situ de l’expérience et de la caractérisation. Nous espérons donc nous démarquer en devenant leader dans cette approche.

  • Objectif 2 : Valoriser le savoir faire sensoriel : « toucher orthogonal » & explorer les domaines concernant le « toucher longitudinal » ou « glissant bloquant ». Valoriser le savoir faire du thème dans le domaine du sensoriel en créant une start up et en commercialisant des référentiels tactiles ainsi que des appareillages dédiés à la description objective du toucher principalement du toucher orthogonal. Améliorer nos connaissances dans le domaine du toucher longitudinal, par la finalisation et la mise au point d’appareillages de laboratoire et l’étude de la corrélation entre un référentiel ou un panel d’experts et les mesures physiques effectuées. Au final, valoriser aussi cette activité par une commercialisation d’appareils portables.

    • Atouts, opportunité, et positionnement :
    Le thème a acquis ces dernières années de grandes compétences dans le domaine du sensoriel et en particulier sur le toucher orthogonal et la pégosimétrie. Les études ont permis la mise au point d’un dispositif d’indentation instrumenté de laboratoire dédié à la caractérisation de la pégosité, la réalisation d’une thèse (Setha Mith) sur ce sujet ainsi que plusieurs publications et communications. Actuellement, il existe aussi un produit finalisé d’évaluation sensorielle subjectif, le Sensotact®. Ce référentiel tactile (mis au point et développé par le CEMAS) est actuellement commercialisé et intéresse différents secteurs d’activité dont les acteurs ont fait l’acquisition de un ou plusieurs référentiels. Une pré étude de marché récente (décembre 2009) a aussi montré une forte demande d’appareillages portables de métrologie sensorielle dédiés à la description objective des sensations du toucher. La conception de ce type d’appareillage est actuellement en cours. En ce qui concerne le toucher longitudinal (par exemple l’étude du glissant/bloquant), un dispositif spécifique de laboratoire est en cours de finalisation.


Contact

Xavier ROIZARD
03 81 40 28 53
xavier.roizard@ens2m.fr

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