Tribologie/Diverses approches

Approche économique

Le frottement et l'usure sont responsables de pertes économiques colossales. Voici quelques exemples chiffrés :

Angleterre

En 1966, le Department of Education and Science estimait à 1 000 000 000 de livres sterling par an les pertes du pays par frottement et usure. Les économies possibles étaient évaluées à :

• 50 M£ : consommation d'énergie par frottement (« pertes directes »),
• 10 M£ : frais de lubrification, main d'œuvre, ...
• 10 M£ : frais de lubrifiants,
• 230 M£ : maintenance et remplacement de pièces usées,
• 115 M£ : réparations et pertes par arrêt des machines,
• 100 M£ : investissements supplémentaires en machines.

On montre aussi dans cette étude que les pertes économiques provoquées par l'usure sont au moins 10 fois plus importantes que celles dues aux forces de frottement.

Notons qu'à cette époque le SMIC représentait 500 F par mois et que l'on a beaucoup manifesté en 1968 pour qu'il soit porté à 650 F, à peu près 100 €. La baguette de pain coûtait 0,37 F et la livre sterling valait environ 20 F.

URSS

Le frottement et l'usure coûtent 10 à 12 milliards de roubles par an (Kragelsky, Développement de la science relative à l'usure, au frottement et à la lubrification des corps durs en URSS, Journal du frottement industriel, n°6, Janvier 1980).

USA

Une étude (ASME, strategy for energy conservation through tribology, 1977) évalue les pertes dans les systèmes pistons-segments-chemises des moteurs à 0,7 % de la consommation totale d'énergie des États-Unis, soit 100 millions de barils de pétrole par an, coûtant 3 milliards de dollars dont 20 % récupérables en traçant mieux les pièces et en préparant mieux les surfaces.

France

On a calculé qu'en 1973, le quart du cuivre importé était destiné aux coussinets et autres pièces frottantes, représentant 2,5 % du déficit de la balance commerciale, malgré les solutions de remplacement (traitement de l'acier ordinaire, utilisation de matières plastiques ou d'alliages d'aluminium, ... ).

Il est vrai que ces chiffres ne sont pas très récents, mais l'ampleur du phénomène, à quelques détails près, est la même aujourd'hui. La plupart des innovations décisives dans les domaines du frottement et de l'usure datent du 19e siècle et de la première moitié du 20e, on n'a pas fait beaucoup de progrès depuis !

Approche tribologique

C'est l'approche du chercheur qui, essayant de comprendre les choses et de découvrir des lois et des phénomènes nouveaux, doit étudier de plus en plus finement les surfaces, leurs substrats, ... Le « tribologue » travaille indifféremment à l'échelle de la machine, de la pièce, de l'aspérité, du cristal élémentaire, de la molécule, voire de l'atome ou de l'électron.

Pour étudier le frottement il faut non seulement posséder un vaste échantillon de connaissances scientifiques, mais aussi disposer du matériel indispensable : machines d'essais spécialisées ou non, appareils de mesure, d'observation ou d'analyse de toutes sortes. De plus, les expériences peuvent être fort longues lorsque l'on étudie le frottement et surtout les phénomènes d'usure, que l'on peut rarement simuler par des procédures accélérées comme on le fait couramment dans d'autres domaines.

Bref, la recherche en tribologie n'est pas facile... surtout si se vérifie le proverbe selon lequel « quand on n'a pas de crédits pour faire de la recherche alors il faut faire des calculs ». Manque de chance, pour l'essentiel, le frottement ne s'étudie pas avec des formules.

Toutes ces particularités dissuadent fortement les universitaires qui souhaitent soutenir une thèse de choisir les domaines du frottement et de l'usure.

Approche du constructeur

Pendant que les économistes établissent le bilan du désastre et que les tribologues essaient de l'expliquer, les constructeurs se débrouillent comme ils peuvent, obligés qu'ils sont de proposer des solutions aux problèmes qui leur ont été soumis pour réaliser des machines et des équipements fonctionnels. Malheureusement, ils n'ont pas toujours les connaissances de tribologie nécessaires ni les bonnes informations économiques pour agir dans la bonne direction. En outre, ils vivent dans un système économique qui va infléchir, voire pervertir leur action.

Comment expliquer que l'on continue de fabriquer certains mécanismes selon des méthodes archaïques, génératrices de frais de maintenance anormalement élevés, alors que ...

• en remplaçant le contact acier/acier des cônes de synchroniseurs de chars d'assaut par un contact cuivre/molybdène, la fiabilité est améliorée et la durée de vie multipliée par 10.

• le remplacement de coussinets en bronze par de l'acier traité dans les articulations de pelles mécaniques multiplie la durée de vie par 5 et diminue les coûts de 20 à 30 % (coussinets PEL).

L'enseignement de la construction mécanique ne peut ignorer les pratiques induites par le contexte économico-politique dans lequel il s'exerce.

En théorie, l'Ingénieur utilise les données de l'expérience ou de la recherche appliquée pour concevoir et réaliser des constructions alliant au mieux un coût de revient raisonnable, une durée de vie suffisante, un bon rendement mécanique et un confort d'utilisation acceptable.

En pratique il en va tout autrement. Lorsque la conquête de marchés passe par la vente de produits à prix coûtant ou presque (on n'en dira pas plus car la vente à perte est illégale), il faut bien qu'une entreprise soutire encore quelque argent à sa clientèle. Chacun connaît le prix (et peut deviner le coût) des encres plus ou moins spécifiques aux imprimantes. En l'absence d'un juteux marché captif de consommables, il reste la solution du renouvellement artificiellement accéléré et/ou du service après-vente. La responsabilité du constructeur est ici clairement engagée. S'il sait comment calculer la durée de vie d'un produit, il sait aussi comment la réduire à une valeur prédéterminée !

Il n'est pas interdit de penser que certaines pannes à répétition, ou l'échange un peu trop fréquent de pièces dites « d'usure », voire la défaillance « programmée » de certains équipements (lecteurs ou graveurs de cédéroms qui ont beaucoup de mal à fêter leur second anniversaire...) ne relèvent pas seulement d'une faute de conception ou de l'absence de matériaux vraiment appropriés.

Les « amours perverses » de la concurrence et du savoir peuvent mener, selon les cas, au progrès technologique aussi bien qu'à son contraire...

Société Tribologique de France

La nécessité de mettre en commun les connaissances acquises a conduit les chercheurs français en tribologie à se structurer. Les commissions "Actions de Contact" et "Mécanismes et Systèmes" de la Délégation générale à la recherche scientifique et technique ont été à l'origine de la création en 1974 de la Société Française de Tribologie, devenue par la suite la Société Tribologique de France.

Cette création a permis de regrouper les tribologues au sein de l’Association Française de Mécanique (AFM) [1] pour constituer le Groupe Scientifique et Technique Tribologie (GST Tribologie). La collaboration des entreprises, des laboratoires de recherche et des centres techniques est encouragée par le Ministère de l’Industrie, le Ministère de la Recherche et le Centre National de la Recherche Scientifique.

Depuis 1989, le GST Tribologie de l’AFM organise chaque année, au printemps, des Journées Internationales Francophones de Tribologie qui associent les communautés scientifique et industrielle et permettent d'orienter plus efficacement les politiques de recherche et de développement.

Les grands « tribologues »

• Ernest Rabinowicz (1927 - 3 avril 2006), professeur émérite en construction mécanique : avant de prendre sa retraite en 1993, il exerça pendant 43 ans au Massachussets Institute of Technology (MIT). Il est connu pour ses recherches en tribologie et sur les roulements. Il reçut en 1998 une médaille d'or de la part d'une organisation anglaise, l'Institution of Mechanical Engineers. Son livre Friction and Wear of Materials sert souvent de référence. Il est aussi le co-auteur de divers ouvrages, écrits en collaboration avec Nathan H. Cook (Physical Measurement and Analysis) ou avec d'autres groupes de recherche (Introduction to the Mechanics of Solids).
• Bowden , 1950 , professeur à l'université de cambridge