« Tribologie/Genèse des frottements » : différence entre les versions
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Il n'en va pas de même au sein d'un volume de fluide que l'on déforme avec une certaine rapidité. On constate alors l'apparition d'actions mécaniques internes qui freinent cette déformation. Ces résistances passives correspondent à la '''[[w:viscosité|viscosité]]''' du fluide, elles résultent de frottements internes et correspondent à des contraintes de cisaillement.
L'étude détaillée des phénomènes de viscosité se trouve dans le chapitre du wikilivre consacré aux '''[[Tribologie
Dans un '''fluide parfait''', les éléments de volume infiniment petits que l'on peut découper par la pensée ne sont soumis qu'à des actions de contact normales à leurs surfaces extérieures, qu'ils soient ou non en mouvement. Dans un '''fluide visqueux''', ceci n'est vrai qu'à l'arrêt ; en mouvement, ces actions ne sont pas partout normales.
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La viscosité dépend avant tout de la nature du fluide, elle est faible pour les liquides dits « mobiles » comme l'eau, l'essence, l'éther éthylique, et beaucoup plus forte pour les sirops, les huiles, l'acide sulfurique concentré ou la glycérine. Elle dépend de nombreux facteurs, dont le plus important pour les applications pratiques est la température.
Une étude beaucoup plus complète de la viscosité est présentée dans le chapitre consacré aux [[Tribologie
Retenons pour l'instant quelques idées :
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== Frottement entre un fluide et un solide ==
Lorsque l'on cherche à obtenir une lubrification du solide par le fluide, il est impératif que les couches superficielles du fluide soient aussi solidement que possible liées au solide. Ceci met en jeu une propriété conjointe des deux matériaux, l<nowiki>'</nowiki>'''onctuosité''', propriété qui sera examinée dans le chapitre consacré aux [[Tribologie
Si au contraire on souhaite faciliter la pénétration du solide dans le fluide, alors il faut éviter au maximum de telles liaisons et faire en sorte que le fluide glisse facilement sur le solide. Ce dernier doit non seulement éviter l'adhérence mais aussi être aussi lisse et propre que possible. On a pu montrer, par exemple, que le simple fait de laver régulièrement les ailes d'un avion permet de réduire le frottement dans l'air et d'économiser 12 tonnes de carburant par an et par appareil.
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Un exemple plus récent est celui du bouclier thermique qui a permis à la sonde Huygens de se poser sur Titan, un satellite de la planète Saturne, le 14 janvier 2005. Ce bouclier a été le premier fabriqué en Europe. En trois minutes environ, le frottement atmosphérique sur ce bouclier a permis de faire passer la vitesse de la sonde de 6 km/s à 400 m/s.
De telles décélérations correspondent à la dissipation d'une énorme énergie. Une partie de celle-ci échauffe l'atmosphère traversée, évidemment sans conséquence, mais le reste est absorbé par le véhicule lui-même, d'où un échauffement très important. Pour éviter que les véhicules spatiaux soient désintégrés ou consumés à la manière des météorites qui se transforment en étoiles filantes dans l'atmosphère terrestre, il est important de calculer la trajectoire de pénétration de façon à réduire le plus possible les pics de température, mais aussi d'utiliser des formes appropriées et surtout des matériaux très particuliers. Des données sur ce sujet figurent dans les [[Tribologie
Le frottement dans l'atmosphère n'a pas que des mauvais côtés. L'environnement de la Terre est en effet pollué par d'innombrables débris mis en orbite au cours des quelques 5000 lancements (reconnus) d'engins spatiaux de tous types. Parmi ces débris, dont la masse totale est estimée à environ 3000 tonnes, ceux qui se trouvent aux altitudes les plus basses sont freinés de plus en plus efficacement et promis à la désintégration dans les couches plus denses de l'atmosphère ; seuls quelques éléments plus massifs que les autres atteignent le sol de notre planète. Ce processus peut demander quelques jours, quelques mois ou quelques années, mais il aboutit toujours à « nettoyer » la très haute atmosphère.
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Dans les conduites ou les réservoirs, les flux électriques sont plus ou moins facilement neutralisés au niveau des parois. Le processus dépend des charges et des constantes diélectriques du fluide, il est évidemment plus lent pour les isolants. Si les parois sont conductrices, elles acquièrent une polarité oppposée à celle du fluide. Si elles sont mises à la terre, la charge d'ensemble du circuit est nulle, dans le cas contraire les charges peuvent s'accumuler et engendrer des décharges brutales, accompagnées d'étincelles à haure énergie qui peuvent avoir des effets dévastateurs, en particuler si elles se produisent dans des milieux inflammables.
Ces décharges se manifestent par des bruits de claquement à peu près périodiques d'autant plus fréquents que la vitesse de production des charges est élevée. Dans les lubrifiants, elles s'accompagnent d'une érosion des surfaces et le cas échéant de dépôts de carbone. Dans le cas des engrenages, surtout lorsque le lubrifiant contient de l'air, elles peuvent prendre une part non négligeable dans l'apparition des phénomènes de [[Tribologie/Applications
La génération de charges lors de la filtration des hydrocarbures a été assez bien étudiée. Dans ces produits dont la conductivité électrique est très faible, les charges peuvent être entraînées dans l'écoulement sans être immédiatement neutralisées. Une vitesse élevée, une forte viscosité, une basse température et la présence de certains additifs, renforcent le phénomène. Si le filtre est constitué d'un matériau conducteur, la neutralisation des charges est facilitée mais dans le cas contraire il se comporte comme un condensateur et les décharges sont alors susceptibles de provoquer des dégâts importants. Les remèdes sont de divers ordres. Il faut d'abord mettre l'installation à la terre pour prévenir les dégâts extérieurs et placer une grille conductrice dans l'écoulement, à la sortie du filtre, pour récupérer le plus de charges possibles. En augmentant la taille du filtre, on diminue la vitesse de passage du fluide et l'importance des charges. Des additifs antistatiques comme les dialkyldithiophosphates de zinc (ZDDP), quand ils sont tolérables, rendent le fluide plus conducteur et améliorent les choses.
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La structure spongieuse ne saurait supporter toute seule les charges, car elle est très déformable. Lorsqu'elle est imprégnée d'un fluide, celui-ci est mis en pression et soutient les pièces frottantes. L'« éponge » intervient alors pour ralentir l'écoulement du fluide vers l'extérieur ; elle doit avoir une structure ouverte, mais pas trop. C'est ainsi, par exemple, que le frottement sur le cartilage est en fait un frottement sur le liquide synovial, que le frottement des skis sur la neige fraîche est, pour l'essentiel, un frottement sur un film d'air, etc.
Les « applications » anatomiques, médicales et/ou industrielles sont évoquées dans le chapitre consacré aux [[Tribologie - Guidage par glissement de surfaces|guidages par glissement]].
=== Frottement sur la neige ===
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Les études actuelles portent beaucoup sur le frottement de couches minces sous vide poussé, avec des applications attendues pour les mécanismes destinés à fonctionner dans le vide spatial (actuellement, toutes les solutions pour le guidage des éléments mécaniques dans le vide reposent sur le roulement et non sur le glissement, ce qui complique et alourdit les structures).
D'autres précisions sur les recherches actuelles ont été incluses dans le chapitre '''[[Tribologie/Lubrifiants/Lubrifiants solides et vernis|Tribologie - Lubrifiants solides et vernis]]'''. On pourra aussi consulter le chapitre '''[[Tribologie/Revêtements anti-usure|Tribologie - Revêtements anti-usure]]'''.
=== Les recherches sur les quasi cristaux ===
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