Utilisation des carbones issus de la biomasse en lubrification

Abstract

International audienceLes phénomènes de frottement et d’usure sont les causes principales des pertes de performances et de durabilité des systèmes mécaniques. Les techniques de fabrication de pièces métalliques telles que les engrenages, les roulements à billes, les segments, pistons et chemises, doivent répondre aux exigences économiques grandissantes du marché, comme l’amélioration de la durabilité des matériaux, l’augmentation des performances, la réduction du coût de la maintenance, ou encore la baisse de la consommation en énergie. Le recours à la tribologie, définie comme la science qui étudie les phénomènes de frottement, d’usure et de lubrification, est alors primordial et constitue un enjeu économique important. Les résultats d’une étude publiée par le Cetim en 1994 confirment que l’économie potentiellement réalisable serait de l’ordre de 26 milliards d’euros par an en France, soit 1% du PIB (chiffres de 2010), si toutes les connaissances acquises en tribologie étaient appliquées à l’industrie [1].C'est la lubrification qui a pour rôle de minimiser le frottement et de protéger les surfaces de l'usure. La stratégie mise en place pour lutter contre ces phénomènes consiste à introduire un lubrifiant entre les surfaces frottantes. Ce lubrifiant peut être solide, liquide ou gazeux, et il doit permettre d’empêcher le contact direct entre les surfaces. Plusieurs régimes de lubrification sont identifiés : hydrodynamique, élastohydrodynamique, mixte et limite. Ils dépendent des vitesses de déplacement relatif des surfaces, de la viscosité du lubrifiant et de la charge supportée par le contact, et sont caractérisés par des épaisseurs de films lubrifiants variées, divers coefficients de frottement et des usures associées différentes. Le régime de lubrification limite sera étudié car il conduit aux coefficients de frottement les plus élevés et aux plus fortes usures. Ce régime limite est rencontré pour une faible vitesse de glissement et une charge élevée.Les bases lubrifiantes pures (huile minérale ou de synthèse) ne pouvant assurer toutes les fonctions protectrices, des additifs sont ajoutés afin d’améliorer leurs propriétés réductrices de frottement et d’usure. Les nouvelles stratégies de lubrification utilisent des particules colloïdales en dispersion dans les lubrifiants. L’approche consiste à approvisionner le contact glissant en particules solides, susceptibles de constituer instantanément le film tribologique. Les matériaux lamellaires, tel le graphite, sont généralement de bons candidats, leur structure en feuillets assurant de bonnes propriétés tribologiques.Ce travail porte sur la revalorisation de la biomasse locale dans le domaine de la lubrification. L’utilisation de charbons actifs en tant qu’additifs solides dans un mélange huile végétale/huile de base est étudiée. L’influence des paramètres entrant dans la phase de synthèse des charbons actifs est également étudiée, tels que température et durée de pyrolyse, type de précurseurs, mode d’activation. Des mélanges huiles végétale/huile de base/additifs carbonés sont effectués dans diverses proportions afin d’optimiser les propriétés tribologiques en vue de la formulation d’un nouveau lubrifiant, plus respectueux de l’environnement qu’un lubrifiant minéral actuel