Dissertationen zum Thema „Ecoulement de lubrification“

L’écoulement de gouttes d'huile dans l’eau à travers la contraction d’un canal présente un intérêt pour de nombreuses applications telles que l’extraction de pétrole ou la microfluidique. Dans la littérature, la condition de bouchage d’un pore soumis à un gradient de pression a été largement étudiée pour les gouttes et les bulles. La relation entre le débit et la pression fait intervenir la différence des pressions de Laplace à l'avant et à l'arrière de la goutte : elle dépend donc des tensions interfaciales à l’avant et à l’arrière. La présence d'espèces adsorbées à la surface abaissant la tension interfaciale, comme des tensioactifs ou des particules colloïdales, modifie donc non seulement le seuil de bouchage mais également la valeur du débit au-dessus de ce seuil. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’écoulement, sous gradient de pression imposé, de gouttes dont la surface est initialement saturée de tensioactifs (au-dessus de la CMC) ou de particules à travers la contraction d’un capillaire cylindrique. Nous montrons comment la mesure du débit par analyse d’images permet d’accéder sous certaines hypothèses à une mesure des tensions interfaciales. Dans le cas des tensioactifs, nous mesurons ainsi une augmentation de la tension interfaciale à l’avant qui résulte d’une compétition entre l’effet de l’accroissement de surface et celui d’un transport par effet Marangoni. Dans le cas des gouttes couvertes de particules, nous montrons que la vitesse de la goutte et le rayon des particules adsorbées à sa surface contrôlent le régime d’écoulement. A faible vitesse, le mouillage de l’huile sur la paroi du canal est observé à l’avant de la goutte ; aux vitesses plus élevées, le régime dépend de la taille des particules comparée à l’épaisseur du film de lubrification, suivant les cas, un frottement des particules sur la paroi du canal, ou un régime de lubrification visqueuse sont observés. Ces régimes sont responsables d’une accumulation plus ou moins importante des particules à l’arrière de la goutte, y diminuant la tension interfaciale et donnant lieu à différents mécanismes de déstabilisation de l’interface. Pour les deux systèmes, nous montrons que la présence d’espèces adsorbées affecte peu la condition de bouchage. En revanche, nous mesurons une augmentation du temps de passage des gouttes couvertes de tensioactifs ou de particules résultant du couplage entre l’écoulement de la goutte et les dynamiques interfaciales
The flow of oil drops in water through a constricted channel is of interest for many applications such as oil extraction or microfluidics. In the literature, the condition of pore clogging under a pressure gradient has been extensively studied for drops and bubbles. The relation between flowrate and pressure involves the difference in Laplace pressures at the front and back of the drop, and thus the interfacial tensions at the front and the back. The presence of species adsorbed on the surface lowering the interfacial tension, such as surfactants or colloidal particles, therefore modifies not only the clogging threshold but also the value of the flowrate above this threshold. The objective of this thesis is to study the flow, under an imposed pressure gradient, of drops whose surface is initially saturated with surfactants (above the CMC) or with particles, through cylindrical constricted capillaries. We show how measurements of flowrate by image analysis can provide measurements of the interfacial tensions. In the case of surfactant-laden drops, we measure an increase in the interfacial tension at the front which results from a competition between the surface expansion effects and the transport by a Marangoni effect. In the case of particle-laden drops, we show that both the velocity of the drop and the radius of the particles adsorbed on its surface control the flow regime. At low velocities, the wetting of oil on the capillary walls is observed at the front of the drop; at larger velocities, the flow depends on the particle size compared to the thickness of the lubricating film, according to this criterion either the occurence of friction of the particles on the channel walls or a viscous lubrication regime are observed. These regimes are responsible for a greater or lesser accumulation of particles at the back of the drop, decreasing the back interfacial tension and giving rise to various mechanisms of interface destabilization. For both systems, we show that the presence of adsorbed species has little effect on the clogging condition. Nevertheless, we measure an increase in the passage time of the drops covered with surfactants or particles, which results from the coupling of interfacial dynamics and flow through the contraction

L'objectif de la thèse est de contrôler, à partir d'un écoulement recirculant, la densification en 2-D de biomolécules amphiphiles à une surface liquide. Pour cela, une expérience basée sur une cuve annulaire est développée et l'on étudie le comportement d'une monocouche d'acide pentadecanoïque (PDA) soumise à des cisaillements volumique et surfacique. Une organisation mésoscopique avec deux phases 2-D (liquide expansée et liquide condensée) est mise en évidence par microscopie Brewster. A partir de la fraction aréolaire de phase condensée, on montre que l'écoulement centrifuge le long du fond tournant engendre une compression radiale centripète le long de l'interface et compacte les domaines condensés vers les petits rayons. Pour un niveau suffisant de centrifugation, le film de Langmuir expérimente une transition morphologique due à une forte atomisation des domaines condensés et pilotée par l'équilibre entre cisaillement de surface et tension de ligne effective. A vitesse de rotation élevée (nombre de Reynolds de l'ordre de 1000 ou plus), lorsque la phase condensée est organisée sous forme de films stratifiés, le cisaillement volumique engendre une fragmentation, en bon accord avec la littérature. Finalement, une formulation intégrale de l'écoulement annulaire cisaillé est proposée afin d'estimer au mieux le nombre de Boussinesq et la stratification visqueuse.

Le chargement dynamique des paliers hydrodynamiques et des amortisseurs à film fluide soumet le film lubrifiant à une action d'écrasement périodique. Cette sollicitation conditionne la portance du film lubrifiant et peut engendrer sa rupture, créant ainsi des conditions sévères de fonctionnement. L'étude approfondie, tant expérimentale que numérique du comportement du film soumis à une action d'écrasement périodique, s'avère donc indispensable pour pouvoir maîtriser les performances de ces dispositifs.

Pour ce faire, trois codes de calcul numérique sont développés dans le cadre de cette thèse. Ces codes sont basés sur la théorie de JFO. Les équations établies sont discrétisées en différences finies et en éléments finis. Pour un film d'huile écrasé périodiquement, à faibles fréquences, entre deux surfaces conformes, les prédictions numériques de ces trois codes sont très proches. Par ailleurs, les visualisations numériques de la rupture dans les différents types de contacts ont montré l'impact de la fréquence des oscillations sur l'étendue et la durée de la rupture de film.

L'étude expérimentale est conduite via un banc d'essai conçu puis réalisé. Deux modes de rupture de film sont identifiés : la rupture par séparation des gaz saturés et la rupture par séparation due à l'introduction de l'air ambiant. La visualisation de chaque mode est conditionnée par la fréquence des oscillations. La forme de la zone de rupture due à l'introduction de l'air ambiant dépend de la fréquence, de la hauteur du bain d'huile et de la géométrie du contact.

Pour les surfaces non conformes, les résultats des modèles numériques sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Les différences constatées dans le cas des surfaces conformes sont dues aux imperfections géométriques et à la souplesse des structures qui composent le dispositif expérimental.

L’amélioration des turbomachines passe par l’augmentation de leurs vitesses de rotation et peut conduire leurs composants à se trouver en présence d’un régime d’écoulement supersonique, en particulier leurs systèmes de pivoterie à air. L’étude d’une butée aérodynamique en régime supersonique est traitée dans ce manuscrit et s’inscrit dans la continuité de la recherche sur les butées hautes vitesses mais qui n’a que très peu été abordée dans la littérature. Ce problème se trouve à la frontière entre deux domaines scientifiques : la lubrification et l’aérodynamique. L’enjeu ici est développer un modèle réaliste traduit par un code de calcul écrit en FORTRAN, capable de capturer les phénomènes liés au régime supersonique (choc, détente) et d’être adapté à la géométrie des films minces. Pour cela, deux modèles ont été développés et codés à l’aide de la méthode numérique des différences finies : les équations de Reynolds Modifiées et les équations de Navier-Stokes adaptées aux films minces. Ce premier modèle est une extension de l’équation de Reynolds généralisée, prenant en compte l’inertie et déjà utilisé dans des études de la lubrification. Le second modèle a été établi à partir des équations de Navier-Stokes et conserve leur forme. Ce système possède l’avantage de pouvoir utiliser les outils numériques adaptés à la capture de choc (WENO). La comparaison des deux modèles montre que les équations de Reynolds Modifiées ne sont pas suffisantes pour l’étude d’un écoulement film mince en régime supersonique. Les résultats des simulations menées montrent la présence d’une détente sur le changement d’inclinaison du double profil qui dépend de la vitesse, de la température et de l’angle de la géométrie. Cette détente, même dans des conditions sévères de fonctionnement (grandes vitesses ou fort convergent), n’a pas beaucoup d’influence sur le comportement global statique de la butée. Les résultats montrent également que contrairement à la théorie des écoulements supersoniques, aucun choc n’est observé en film mince supersonique. Une transition géométrique obtenue par homothétie, entre un écoulement contenant un choc et un autre n’en contenant pas, a été observée à une certaine valeur du rapport des longueurs d’adimensionnement pour une vitesse et une géométrie donnée. L’extrapolation de ces résultats pour un cas réaliste montre qu’un choc ne peut se produire qu’à partir de 5500 m/s pour une épaisseur de film de 40 μm avec epsilon = 0.001. Il est donc peu probable qu’un choc ne se produise dans une butée en conditions supersoniques dans le cadre industriel
The improvement of turbomachines requires to increase their rotational speeds and can leads components to be in presence of a supersonic regime, particularly their air bearing systems. This manuscript deals with a study of an aerodynamic thrust bearing in a supersonic regime. This work belongs to the research field on the high-speed thrust bearings, but very few studies are focused on this subject. This problem is at the boundary between two scientific fields: lubrication and aerodynamic. The aim of this study is to develop models transcribed as a FORTRAN code, able to capture phenomenon related to the supersonic regime (shock, expansion wave) and adapted to the thin film geometry. For this, two models have been developed as well as computer codes related to these models using the finite difference method: the Modified Reynolds equations and the Navier-Stokes equations adapted to thin films. The first model is an extension of the generalized Reynolds equation, taking into account inertia effects. It is a model already used in lubrication studies. The second model was developed from the Navier-Stokes and has their shape. This system has the advantage of using numerical schemes for shock capturing (WENO). The comparison of the two models shows that the Modified Reynolds equations are not appropriate to the study of a supersonic air thin film. Numerical results show the presence of an expansion wave at the end of the sloping region of the tapper flat geometry which depends on speed, on temperature and on the angle of the geometry. This expansion wave, under severe conditions, does not have much influence on the overall static behavior of the thrust bearing. The results also show that, contrary to the supersonic flow theory, a shock is not observed in a supersonic thin film. A geometrical transition obtained by homothetic, between a flow containing a shock and another with no shock, is observed at a given value of the characteristic length ratio for a given speed and geometry. Extrapolation of these results for a realistic case shows that a shock occurs from 5500 m/s for a film thickness of 40 μm with epsilon = 0.001. It is therefore unlikely that a shock occurs in a supersonic thrust bearing in industrial settings

Une nouvelle technique a été développée pour le transport en conduite d'une suspension concentrée de charbon dans le fuel lourd et d'un fluide visqueux à base de résidus lourds du pétrole. Cette technique consiste à former une émulsion convenable de l'eau dans le fluide à transporter, de sorte que, lors de l'écoulement en conduite, les gouttelettes d'eau soient susceptibles de se séparer de la phase continue pour produire une couche lubrifiante. La formation de cette couche aqueuse sur les parois peut alors faciliter le transport en conduite et diminuer la perte de charge. Ce travail est composé de deux parties : la première conduit au développement d'une formulation intéressante (la formulation PCN) qui permet de fabriquer un mélange fuel-charbon (chargé de 50% de charbon), dont la viscosité apparente est proche de celle du fuel lourd seul. D'après notre hypothèse, l'efficacité de la formulation PCN est attribuée à la formation d'une phase bicontinue. La seconde développe une sorte d'émulsion tri-phasique, de l'eau et l'air (la mousse) dans le résidu lourd. Une chute de perte de charge de 80% due au développement d'une couche lubrifiante, a été obtenue. Les résultats de ces travaux qui présentent une grande originalité ont abouti au dépôt de deux brevets : 1-Brevet français N° 2 571 735, (1986) ; 2-Brevet français N° 2 576 907 (1986)
A new technique for in-pipe-transportation of a concentrated suspension of coal oil mixture (COM) and a viscous fluid of heavy residual oil has been developed. This technique consists of preparing a suitable emulsion of water in the concerned fluid, in such a way that, when flowing in the pipe, the droplets of water can be separated from the continuous phase in order to produce a thin lubricating layer. The formation of this aqueous layer on the inner walls of the pipe can facilitate the in-pipe-transportation and reduce pressure drop. This work is divided into two parts : The first part leads to the development of a new COM formulation (called COMHFY) for coal oil mixture of high fluidity which enables a 50% load of dry coal in COM to have the same apparent viscosity as pure heavy oil. According to our hypothesis, the efficiency of this formulation could be attributed to the formation of a bicontinuous phase in the COM. The second part develops a kind of three-phased emulsion of water and air (foam) in the heavy residual oil. The development of a lubricating layer leads to a reduction of 80% of the pressure drop. Due to the original aspect of this work, two patents have been obtained : 1-French Patent, N° 2 571 735, (1986) ; 2-French Patent, N° 2 576 907 (1986)

Les garnitures mécaniques assurent l'étanchéité d'arbres tournants. L'augmentation des contraintes de fonctionnement a conduit au développement de garnitures à gaz fonctionnant sans contact des faces, séparées par un film fluide de très faible épaisseur. Le frottement entre les anneaux de la garniture, et donc l'usure, est évité.
L'étude bibliographique révèle que peu de travaux sur les garnitures pour gaz à hautes pressions ont été réalisés. Les caractéristiques d'un écoulement à haute pression sont examinées et les points-clefs du modèle sont définis : gaz réels, effets d'inertie, effets thermiques, écoulement bloqué. A hautes pressions, le comportement du gaz diffère de celui d'un gaz parfait, un modèle de gaz réel est donc développé. L'équation de Reynolds pour un fluide compressible est modifiée afin de prendre en compte les effets d'inertie. Les effets thermiques dans l'écoulement sont également introduits dans le modèle. L'écoulement bloqué à la sortie du film fluide est résolu grâce à une méthode originale. Les déformations des solides et le couplage thermique sont pris en compte par la méthode des coefficients d'influence. La méthode des éléments finis est utilisée pour la discrétisation des équations et un algorithme itératif permet la détermination des champs de pression et de température. La comparaison avec une solution analytique et des données expérimentales permet de valider le modèle. L'influence du modèle du gaz est présentée. L'étude paramétrique menée avec le modèle numérique permet d'étudier l'influence des effets d'inertie sur l'écoulement par rapport au cas purement visqueux. Finalement, le couplage fluide-solides est étudié. Cette analyse montre que les déformations des faces influencent notablement le comportement des garnitures.

Cette thèse est consacrée è la modélisation et a la simulation de l'ensemble PISTON /SEGMENT/ CHEMISE, d'un moteur thermique. Dans un moteur, le piston muni de segments est en mouvement relatif dans la chemise. Ce système est lubrifié par projection d'huile, les segments et la surface de la chemise "contrôlent" la quantité de lubrifiant restant sur la paroi. Pour modéliser ce phénomène, le modèle conservatif parabolique-hyperbolique d'Elrod-Adams (P − θ), prenant en compte la cavitation (présence de gaz dans le fluide, aspect multiphasique de l'écoulement), est couplé a un modèle de contact, celui de Greenwood-Tripp (basé sur une approche statistique de la surface). En se restreignant a l'écoulement et au contact, nous négligeons beaucoup de phénomènes physiques pouvant intervenir comme le grippage ou les effets thermiques. Dans une première partie, les phénomènes mécaniques sont étudiés, de la réalisation de la surface des chemises è la modélisation de la physique de la lubrification du contact segment/chemise. Cette étude expose les simplifications effectuées et le choix des conditions aux limites pour la prise en compte de la cavitation en tant que problème a frontière libre, notamment au niveau du débit d'entrée pour simuler un fonctionnement "normal". Dans une deuxième partie, la mise en oeuvre et la modification de l'algorithme "classique" pour des surfaces mesurées sont décrites en détail. Nous présentons les performances simulées de différentes surfaces, et nous les comparons è des essais effectués par Renault. Dans une troisième partie, des modifications sont introduites au modèle (P − θ) utilisé précédemment afin de rendre l'écoulement cohérent avec le modèle de Navier-Stokes. Bien que ce nouveau problème puisse être posé en dimension 2, l'étude mathématique ne concerne que la dimension 1. On se ramène a un système dynamique dont les inconnues sont les frontières libres. L'unicité de la solution impose l'introduction d'un paramètre artificiel. Le comportement local et/ou global en temps est déterminé par les paramètres géométriques et les conditions aux limites. L'introduction de deux paramètres supplémentaires permet de démontrer l'existence et l'unicité de la solution. Dans une dernière partie, nous comparons le modèle de cavitation proposé avec le modèle P − θ.

Nous étudions la structuration de dépôts lors du séchage de suspensions colloïdales et de solutions polymères, dans une cellule de Hele-Shaw verticale immergée dans un réservoir (même principe qu'une expérience de dip-coating). La vitesse de la ligne de contact est contrôlée en pompant la solution du réservoir. A faible nombre capillaire un phénomène d'accrochage-décrochage de la ligne triple apparaît lors du séchage des suspensions colloïdales de silice. Nous étudions la longueur d'onde et la morphologie du dépôt en fonction de la vitesse moyenne de la ligne de contact. La variation de force d'accrochage est déduite de l'observation en ligne du mouvement de la ligne de contact. Nous étudions l'influence du pH de la solution et de la taille des particules sur le dépôt. Dans les mêmes conditions, les films obtenus pas séchage de solutions polymères sont presque plats. On observe cependant une structuration à plus haute température. Dans la seconde partie du manuscrit, un modèle 2D a été développé pour décrire l'écoulement dans la cellule de Hele-Shaw induit par la vitesse imposée et le flux d'évaporation non uniforme. Les équations de Stokes et la loi de Fick sont utilisées pour décrire l'écoulement et les transferts. Une troncature est appliquée à la pointe du ménisque pour s'affranchir de la singularité due à la divergence du flux d'évaporation. L'approximation de lubrification et les bilans de masse permettent de définir les conditions aux limites à la troncature. L'épaisseur du dépôt et les propriétés de l'écoulement sont étudiées en fonction des paramètres du processus (vitesse imposée, flux d'évaporation, concentration) ainsi que des propriétés du système

Des études internes à Liebherr-Aerospace France, concernant la conception de nouveaux compresseurs lubrifiés par gaz réfrigérant, ont montré que dans des conditions de fonctionnement spécifiques, un mélange de vapeur et de liquide apparaît au sein du compresseur, au lieu d'une phase vapeur seule. De ce fait, le comportement des paliers à feuilles lubrifiés au gaz réfrigérant est étudié, y compris la possibilité d'un écoulement diphasique du lubrifiant. L'étude porte sur le comportement du lubrifiant uniquement, dans des conditions de fonctionnement qui sont celles des paliers à feuilles. L'approche Thermo-Hydrodynamique décrit les caractéristiques du lubrifiant telles que la pression, la densité, la viscosité et la température. Dans ce modèle, une équation de Reynolds généralisée pour écoulement turbulent, une équation d'état non-linéaire pour écoulement diphasique et une équation de l'énergie tridimensionnelle pour film-mince et écoulement turbulent sont utilisées. Les paramètres globaux du palier sont calculés en régime permanent
Internal experiments at Liebherr-Aerospace FRANCE on new refrigerant-lubricated compressor designs have shown that under specific operating conditions, a mixture of vapor and liquid appears in the compressor, instead of a single-phase vapor flow. Therefore, refrigerant-lubricated foil bearings behavior is studied, including the likelihood of two-phase flow in the lubricant. We focus on the lubricant behavior only, in the operating conditions of foil bearings. The Thermo-Hydrodynamic approach describes lubricant characteristics such as pressure, density, viscosity, and temperature. It involves the use of a generalized Reynolds equation for turbulent flow, a nonlinear cubic equation of state for two-phase flow and a 3D turbulent thin-film energy equation. Journal bearing global parameters are calculated for steady-state conditions

Depuis plusieurs années à nos jours, les paliers à gaz sont utilisés avec succès sur une large gamme de turbo-machines. Certains de ces systèmes sont utilisés dans des environnements de contrôle de l’environnement par gaz réfrigérant. Dans ce travail, nous présentons un modèle théorique et numérique qui tient compte de la transition du lubrifiant vapeur / liquide, la transition de l’écoulement laminaire / turbulent et les variations 3D de la viscosité et de la température dans le fluide et les solides pour les deux situations statiques et dynamiques. Ce modèle comporte : la résolution de l'équation de Reynolds généralisée pour les fluides compressibles à viscosité variable en 3D, la description des effets de la turbulence en utilisant l'approche phénoménologique de Elrod, en utilisant un champ de viscosité turbulente 3D, la résolution de l’équation d’état non linéaire du lubrifiant, capable de décrire la transition vapeur / liquide et une approche thermique local afin d'obtenir une estimation 3D de la température du fluide, grâce à l'équation d'énergie pour film mince. La prise en compte également des effets thermiques dans les solides. Dans cette étude, nous avons montré l'importance d'une description précise des paramètres du film fluide, dont les variations influencent largement le comportement du palier. Parmi les principales théories, il y a: lubrifiant compressible, avec un comportement non-linéaire près de la transition vapeur / liquide, la transition vapeur / liquide et le calcul des paramètres équivalents du mélange, un écoulement turbulent du fluide pour le palier GFB à grande vitesse en utilisant un modèle 3D de la viscosité turbulente, un comportement 3D pour la viscosité, en particulier les variations inter-films (dépendant de la température), et un comportement 3D pour la température, en particulier dans le sens transversal du film afin d'être compatible avec la viscosité, mais également dans la direction axiale afin de tenir en compte du gradient de température potentiel qui modifie considérablement le profil 3D de la température du palier. Ces deux comportements statiques et dynamiques du palier compliant GFB sont analysés
For years now, gas bearings are successfully used over a large panel of turbo-machineries. Some of these systems are bound to be run in controlled environments such as refrigerating gas. In this work we present a theoretical and numerical model which takes into account the vapor/liquid lubricant transition, the laminar/turbulent flow transition and both temperature and viscosity 3D variations in the fluid and the solids for both static and dynamic situations. This model involves: the resolution of the generalized Reynolds equation for compressible fluids with 3D variable viscosity, the description of the turbulence effects by the phenomenological approach of Elrod, using a 3D eddy viscosity field, the resolution of a non-linear equation of state for the lubricant, able to describe the vapor/liquid transition and a local thermal approach to obtain a 3D estimation of the fluid temperature, thanks to the thin-film energy equation. The thermal effects in solids are also taken into account. In this study, we showed the importance of an accurate description of the film parameters, which variations largely influence the bearing behaviour. Among the principal theories, there are: compressible lubricant, with an appropriate non-linear behaviour when close to the vapor/liquid transition, vapor/liquid transition and calculation of the mixture equivalent parameters, turbulent flow for high-speed GFBs with a 3D eddy viscosity mode, a 3D behaviour for viscosity, particularly the cross-film variations, (temperature dependent)and a 3D behaviour for temperature, particularly in cross-film direction in order to be consistent with viscosity, but also in the axial direction in order to account for potential temperature gradient which considerably modifies the bearing 3D temperature profile. Both static and dynamic behaviours of GFBs are analysed

Ce mémoire contribue à l'étude des interactions hydrodynamiques particules-paroi dans un écoulement à faible nombre de Reynolds. Divers écoulements de Stokes axisymétriques sont calculés pour une sphère proche d'une paroi plane. On utilise ensuite les techniques de perturbation pour déterminer les forces hydrodynamiques : la force de traînée visqueuse inertielle et instationnaire pour le mouvement d'une sphère normal à une paroi plane, la force de portance pour une sphère en mouvement parallèle à une paroi dans différents écoulements ambiant, sans aucune restriction sur la distance séparant la sphère et la paroi. En régime de lubrification, on apporte également des corrections aux approximations des vitesses et pression du fluide dans le cas où la sphère sédimente perpendiculairement à la paroi
This work contributes to the study of hydrodynamic interactions between particles and wall in low Reynolds number fluid flow. Various axisymetric Stokes flows are calculated for a sphere near a plane wall. Perturbation techniques are then used to determine hydrodynamic forces, namely the viscous inertial unsteady drag force for the motion of a sphere normal to a plane wall and the lift on a sphere moving parallel to a plane wall in various ambient flow fields; regardless of the sphere to wall distance. In the lubrication regime, corrections are also derived for the approximated fluid velocity and pressure around a sphere settling normal to a wall

Une lubrification suffisante est essentielle au bon fonctionnement des mécanismes et/ou composants comme par exemple les paliers à roulement. Par contre, les lubrifiants contiennent souvent des débris d’usure ou des polluants extérieurs. Ces particules micrométriques peuvent pénétrer des contacts d’épaisseur inférieure au micromètre induisant des empruntes ou indents pouvant conduire à des endommagements irréversibles pour les surfaces en contact. L’objet de ce travail est l’étude du piégeage de polluants solides à l’aide de particules sphériques d’acier, d’un point de vue théorique, numérique et expérimental. Dans un premier temps, une étude phénoménologique a été proposée à l’aide d’une nouvelle méthode expérimentale basée sur la technique PIV combinée à un tribomètre bille/disque. Les trajectoires des polluants à l’entrée du contact ont pu ainsi être identifiées. En parallèle, un modèle numérique d’écoulement du lubrifiant a été développé pour permettre l’évaluation des conditions menant au piégeage ou non de particules. Finalement, des expériences sur une machine bi-disques en conditions de lubrification polluée contrôlée ont permis de valider les tendances observées pour le piégeage. Une première série de résultats a montré que le piégeage de contaminants est fortement dépendant du profil de vitesse du lubrifiant. Un taux de piégeage très hétérogène a été observé sur des contacts avec une ellipticité transverse à l’écoulement variable. De manière surprenante, malgré une augmentation de la largeur de contact, une forte diminution du nombre de particules piégées a été observée dans des contacts elliptiques. Il a été démontré que cette diminution pouvait être imputée à la présence d’importants reflux de lubrifiant dans les contacts elliptiques larges. L’étude de contacts hybrides, nitrure de silicium–acier, a montré une bonne résistance à l’indentation du nitrure de silicium. Il est à noter que les contacts hybrides présentent des niveaux de piégeage similaire à un contact tout acier
Contact lubrication is essential in a wide range of mechanical systems like rolling element bearings (REBs). A minimum quantity of clean lubricant all along the bearing life is necessary but difficult to ensure. In fact, lubricants contain inevitably wear debris or external particles, like dust. Carried by the lubricant in the vicinity of elastohydrodynamic (EHD) contacts, particles can be entrapped with disastrous consequences for contacting surfaces. Entrapment of micrometric particles in submicrometric contacting gaps means irreversible damages for the surfaces. Damages weaken the surfaces and reduce significantly the REBs lifetime. The goal of this work is to analyze the critical particle entrainments in the contact inlet. Entrapment of steel spherical particles was investigated from the numerical and experimental point of view. Firstly, the phenomenology of entrapment was explored with a new experimental method based on Particle Image Velocimetry (PIV) technique installed on a tribometer. It enabled the evaluation of velocity profiles in the contact inlet and the tracking of particles within EHD contacts. Secondly, a numerical modelling of the inlet flow for EHD contacts, including the particle tracking, was developed. Finally, tests on a twin-disc machine with a controlled level of well-defined contamination were conducted to validate previous conclusions. A first set of results showed that particle entrapment is highly dependent on the lubricant velocity profile. Depending on contact geometry, from point to wide elliptical contacts, different entrapment probability were revealed. Surprisingly, increasing contact width with wide elliptical contacts leads to a drop of entrapped particles. It was demonstrated that this phenomenon is due to backflows occurring upstream from these contacts. Introducing a hybrid pair of contacting materials (silicon nitride–steel), dents on the surfaces due to entrapped particles were explored. It has been confirmed that silicon nitride surface offers a real ability to resist to indentation. It was also noticed that the entrapment probability for silicon nitride–steel contacts is equivalent to a steel–steel one

L'écoulement laminaire d'un liquide sur un lit granulaire conduit à la formation de divers motifs d'érosion (bancs, méandres, tresses et rides) rencontrés en Géomorphologie fluviale, où les écoulements sont turbulents. En se fondant sur des modèles simples (équations de Saint-Venant, transport par charriage), la présente étude aborde ces systèmes par des méthodes analytiques et numériques. Un modèle de berges érodables est établi pour des micro-rivières. L'étude de leur stabilité éclaire différents phénomènes pour lesquels l'influence des conditions aux bords est cruciale. L'évolution non-linéaire de l'instabilité de banc conduit à l'apparition de fronts d'érosion en forme de chevrons. Le développement des rides est succinctement abordé. Enfin, la théorie de la lubrification est mise en oeuvre pour établir l'existence d'une ligne de contact mobile sur un solide poreux extrait d'un liquide, et sa disparition au profit d'un film de Landau-Levich-Derjagin, au-delà d'une vitesse critique.

We study the pattern formation induced by drying colloidal suspensions and polymer solutions in a vertical Hele-Shaw cell immersed in a reservoir (dip-coating like set-up). The contact line speed is controlled by pumping the solution from the reservoir. At low capillary number stick-slip motion of the receding contact line is observed for silica suspensions. Periodic strips spontaneously form during drying. We study the wavelength and deposit morphology as a function of the mean receding velocity. The pinning force variation is deduced from the contact line displacement. The effect of the solution pH and size of the particles on the deposit morphology, wavelength, and pinning force is analyzed. Results are compared to some models of the literature. In the same conditions dried polymer films are almost flat, but stick-slip motion is found at higher temperature. In the second part of this manuscript, a 2D model has been developed to describe the flow inside the Hele-Shaw cell induced by the imposed velocity and non-uniform evaporation flux. The model is governed by Stokes equation and Fick's law. A small truncation at the meniscus tip is applied in order to avoid the singularity due to the divergence of the evaporation flux. Lubrication approximation as well as global mass balances are used to express the boundary conditions. Deposit thickness and the flow properties are studied as a function of the process parameters (imposed velocity, evaporation rate, and solute concentration) and the system properties (kinetic viscosity, diffusion coefficient). Finally, we compare our simulation results with a simple model. This model is a first step to study mass transfer in a meniscus
Nous étudions la structuration de dépôts lors du séchage de suspensions colloïdales et de solutions polymères, dans une cellule de Hele-Shaw verticale immergée dans un réservoir (même principe qu'une expérience de dip-coating). La vitesse de la ligne de contact est contrôlée en pompant la solution du réservoir. A faible nombre capillaire un phénomène d'accrochage-décrochage de la ligne triple apparaît lors du séchage des suspensions colloïdales de silice. Nous étudions la longueur d'onde et la morphologie du dépôt en fonction de la vitesse moyenne de la ligne de contact. La variation de force d'accrochage est déduite de l'observation en ligne du mouvement de la ligne de contact. Nous étudions l'influence du pH de la solution et de la taille des particules sur le dépôt. Dans les mêmes conditions, les films obtenus pas séchage de solutions polymères sont presque plats. On observe cependant une structuration à plus haute température. Dans la seconde partie du manuscrit, un modèle 2D a été développé pour décrire l'écoulement dans la cellule de Hele-Shaw induit par la vitesse imposée et le flux d'évaporation non uniforme. Les équations de Stokes et la loi de Fick sont utilisées pour décrire l'écoulement et les transferts. Une troncature est appliquée à la pointe du ménisque pour s'affranchir de la singularité due à la divergence du flux d'évaporation. L'approximation de lubrification et les bilans de masse permettent de définir les conditions aux limites à la troncature. L'épaisseur du dépôt et les propriétés de l'écoulement sont étudiées en fonction des paramètres du processus (vitesse imposée, flux d'évaporation, concentration) ainsi que des propriétés du système

Le glissement a la paroi des filieres, des melanges de caoutchoucs crus a base d'elastomere epdm a ete mis en evidence par trois techniques. La premiere est une methode de mesure absolue de vitesse locale du polymere a la paroi. Les deux autres reposent sur l'exploitation experimentale de la formule bien connue du debit en presence du glissement (la methode de mooney et celle basee sur la connaissance des proprietes en volume). Les trois methodes indiquent, a faibles contraintes, un glissement en bloc, et une apparition d'un debit lie au cisaillement a partir d'une contrainte critique. La presence des agents de mise en uvre contribue a augmenter le glissement a la paroi et a diminuer les defauts de surface. Le mode d'action de ces ingredients est une lubrification externe. En effet, on a pu mettre en evidence par differentes analyses physico-chimiques, une migration des agents de mise en uvre vers l'interface melange/paroi de la filiere

Le mouvement d'une particule sphérique (de rayon compris entre 1 et 6 mm) dans un fluide visqueux est mesuré par une technique d'interférometrie laser. La sensibilité sur le déplacement relatif de la sphère est de l'ordre de 50 nm. La particule se déplace sur l'axe d'un cylindre fermé. Les interactions hydrodynamiques entre la particule et les parois du cylindre sont étudiées suivant trois approches différentes: la particule se déplace sur l'axe du cylindre. Toutes les parois influencent le mouvement de la sphère. Les résultats sont comparés avec la solution théorique de Sano valable pour une petite sphère. L'accord est excellent pour la plus petite des particules utilisées dans l'expérience. Mais pour la plus grosse sphère, les différences deviennent importantes car la solution de Sano ne convient pas pour décrire correctement le comportement de cette particule. La particule se déplace à proximité d'une paroi horizontale. La particule et la paroi sont lisses. Trois parois différentes sont utilisées dans les expériences: plane, concave, convexe. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec ceux de la théorie de la lubrification et avec la solution de Maude et Brenner quand la sphère est proche de la paroi finale plane. Lorsque cette paroi est courbe, les expériences sont en bon accord avec la théorie de Jeffrey. La dernière partie de cette thèse traite des effets de la rugosité pour de petits écarts sphère-plan. La rugosité est distribuée soit sur la sphère soit sur la paroi. Un modèle utilisant une technique de perturbation régulière a été mis au point pour estimer l'influence de la rugosité sur le mouvement de la particule. Les expériences réalisées avec différents types de rugosité sont en bon accord avec le modèle lorsque l'écoulement est radial

Afin de contrôler les pertes d'énergie dans les systèmes mécaniques, un film mince de lubrifiant est souvent introduit entre les solides en contact. Les contacts lubrifiés ponctuels fonctionnent en régime élastohydrodynamique, caractérisé par des pressions élevées (de l’ordre du GPa) et des épaisseurs de film minces (de l’ordre de 100 nanomètres). A des taux de cisaillement élevés, le fluide peut présenter une contrainte de cisaillement limite dont l’origine physique est encore incertaine. Actuellement, les modèles empiriques disponibles pour la prédiction du frottement ne décrivent pas la réponse ultime des lubrifiants dans ces conditions sévères. De plus, l'analyse expérimentale in-situ est très difficile à réaliser en raison du confinement et des fortes pressions. Ainsi, dans cette thèse, le problème est abordé sous l’angle de la modélisation à l’échelle atomique. Le comportement en cisaillement de trois de fluides (un fluide de traction, un lubrifiant modèle et un lubrifiant industriel pour le secteur aérospatial) est analysé par simulation Dynamique Moléculaire. Les résultats numériques sont ensuite comparés qualitativement et quantitativement à des essais expérimentaux. La réponse en frottement est indépendante du profile de vitesse dans l’épaisseur du confinement, ce dernier apparaissant plutôt comme une conséquence des conditions limites aux surfaces. Le régime de frottement limite apparaît naturellement lorsque le lubrifiant est soumis à des conditions thermodynamiques caractéristiques d’un état solide. Dans ce cas, la dynamique des molécules est fortement ralentie. L’énergie d’activation augmente rapidement avec la pression, de sorte que la diffusion devient négligeable à forte pression, même aux taux de cisaillement sévères imposés dans les simulations Dynamique Moléculaire. La réponse macroscopique à ce phénomène est donc une saturation de la valeur du frottement. Ce travail s’achève en jetant les bases d’une modélisation qui pourra permettre la prédiction du frottement lubrifié sous conditions sévères
In order to control energy losses in mechanical systems, a thin film of lubricant is often introduced between the solids in contact. The lubricated point contacts operate in the elastohydrodynamic regime, characterized by high pressures (of the order of GPa) and thin film thicknesses (of the order of 100 nanometers). At high shear rates, the fluid may exhibit a limiting shear stress whose physical origin is still uncertain. At present, the empirical models available for the prediction of friction fail to describe the ultimate response of lubricants at these severe operating conditions. In addition, in-situ experimental analysis is very difficult to achieve due to confinement and high pressures. Thus, in this thesis, the problem is approached from the angle of modeling at the atomic scale. The shear behavior of three fluids (a traction fluid, a model lubricant and an industrial lubricant for the aerospace industry) is analyzed by Molecular Dynamics Simulation. The numerical results are then compared qualitatively and quantitatively with experimental tests. The friction response is independent of the velocity profile in the confinement thickness, the latter appearing rather as a consequence of boundary conditions at the surfaces. The limiting friction regime naturally occurs when the lubricant is subjected to thermodynamic conditions characteristic of a solid state. In this case, the dynamics of the molecules is strongly slowed down. The activation energy increases rapidly with the pressure, so that the diffusion becomes negligible at high pressure, even at the severe shear rates imposed in the Molecular Dynamics simulations. The macroscopic response to this phenomenon is thus a saturation of the value of friction. This work ends by laying the foundations of a modeling that will allow the prediction of lubricated friction under severe conditions

De nombreuses hypothèses sont classiquement utilisées pour décrire le comportement du fluide dans un contact lubrifié : film continu, viscosité constante dans l'épaisseur, film mince, fluide newtonien... Or, certaines s'avèrent erronées dès lors que l'on s'intéresse aux contacts Elasto- HydroDynamiques fortement glissants ou à la répartition du lubrifiant en sortie de contact. Une approche numérique originale, basée sur un retour aux équations de la mécanique des fluides générale et prenant en compte le couplage fluide/solide et les effets thermiques sont proposés ici dans le but d'apporter des éléments physiques supplémentaires aux modélisations usuelles. Dans un premier temps, l'influence des effets thermiques sur l'évolution du frottement dans les contacts Thermo-EHD est mise en évidence. La présence d'un minimum de frottement pour le cas du glissement pur est expliquée par l'analyse des transferts thermiques entre le lubrifiant et les solides. L'origine des modifications locales d'épaisseur de film observées et l'existence même d'une épaisseur de film lubrifiant pour les cas de vitesse d'entraînement nulle sont alors reliées à la présence d'un fort gradient de viscosité dans l'épaisseur de film. Une comparaison qualitative avec des éléments expérimentaux de la littérature est réalisée, validant les tendances obtenues. Dans un second temps, l'écoulement à surface libre du lubrifiant en périphérie du contact est étudié expérimentalement puis numériquement par une méthode à interface diffuse. Le rôle des effets capillaires est analysé et les résultats numériques confrontés à des résultats issus de la littérature. Un bon accord est obtenu tant qualitativement que quantitativement. Validé par l'étude numérique diphasique (air/lubrifiant) réalisée, un modèle analytique simplifié est alors développé, prédisant une loi de répartition du lubrifiant en sortie de contact. La zone de sortie des contacts EHD est ensuite traitée par un modèle de cavitation vaporeuse et la prise en compte nécessaire de l'air environnant est discutée. Enfin, une première modélisation tridimensionnelle de l'écoulement à surface libre du lubrifiant autour d'un contact ponctuel est réalisée mettant en avant l'influence des effets capillaires et la faisabilité d'une telle approche.

Cette thèse est consacrée à la modélisation, à l'analyse mathématique et à la simulation numérique d'écoulements de divers fluides complexes dans des domaines de faible épaisseur. En effet, les modèles de fluides newtoniens ne sont pas toujours suffisants pour décrire de manière réaliste les écoulements considérés. Plusieurs phénomènes peuvent être pris en compte :
* le caractère complexe des fluides eux-mêmes, comme pour des fluides non-newtoniens ;
* l'hétérogénéité de l'écoulement, dans le cas de mélanges de fluides par exemple.
Il est important d'analyser comment ces modèles peuvent être simplifiés dans le cas de domaines minces, et d'étudier rigoureusement les modèles approchés.
Dans une première partie, des écoulements de fluides non newtoniens visco-élastiques représentés par une loi de comportement de type Oldroyd-B couplée aux équations de Navier-Stokes sont étudiés. Dans le cas de géométries minces, un modèle approché a été proposé. On justifie la validité de cette approximation ; la démonstration repose sur des estimations et des résultats de régularité fins.
Dans une deuxième partie, on considère un modèle d'écoulement piezovisqueux utilisé en lubrification hydrodynamique. Ce modèle fait aussi intervenir la déformation élastohydrodynamique du domaine (déformation du type Hertz), et l'aspect diphasique de la cavitation, qui est décrit par le modèle d'Elrod-Adams (en pression-saturation). On montre l'existence d'une solution à ce problème pour des lois pression-viscosité réalistes.
Dans une troisième partie, on introduit un modèle diphasique à interface diffuse, permettant de rendre compte de phénomènes plus fins tels que les gouttes. Pour cela, un paramètre d'ordre est introduit (fraction volumique d'une phase dans le mélange), gouverné par le modèle de Cahn-Hilliard. Un système approché est obtenu de manière heuristique pour un domaine de faible épaisseur. On étudie les propriétés mathématiques de ce système, et on montre un résultat d'existence, avec prise en compte ou non de la tension de surface.
Dans la dernière partie, un schéma numérique est mis en place pour simuler le modèle décrit précédemment d'écoulements diphasiques en domaines minces. Il permet de prendre en compte différents phénomènes physiques, comme de grandes variations de la viscosité ou la présence de recirculations à l'intérieur d'une goutte, ainsi que de simuler des mélanges dans le cadre d'écoulements lubrifiés.

Les écoulements chargés en particules sont présents dans de nombreuses applications industrielles telles que le transport de boues ou l’industrie chimique en général. Dans des mélanges constitués de particules solides immergées dans un fluide visqueux, les interactions entre particules jouent un rôle essentiel dans la viscosité globale du mélange.Le phénomène de suspension est causé par des interactions hydrodynamiques à courte distance, connues sous le nom de lubrification. Les forces de lubrification sont généralement sous-estimées en raison de leur nature et de la discrétisation spatiale du problème.Dans cette thèse, nous proposons un modèle de lubrification qui estime les forces et couples hydrodynamiques non résolues par un solveur couplant la résolution des équations de Navier-Stokes incompressible par une méthode de volumes pénalisés, à la résolution de la dynamique des particules par une méthode aux éléments discrets. Les corrections des contraintes hydrodynamiques sont faites localement sur la surface des particules en interaction sans aucune hypothèse sur la forme générale des particules. La version finale du modèle de lubrification proposée peut être utilisée pour des suspensions de particules convexes sans aucune tabulation. La méthode numérique a été validée avec des particules sphériques et des ellipsoïdes, en comparant des simulations à des données expérimentales.Dans le cas de particules sphériques, le modèle de lubrification est aussi précis que les modèles de lubrification existants qui sont limités à ce type de géométrie. La compatibilité du modèle avec des particules convexes a été validée en comparant des simulations,utilisant des ellipsoïdes, à des mesures expérimentales que nous avons réalisées
Particle-laden flows can be found in many industrial applications such as slurry transport or the chemical industry in general. In mixtures made of solid particles emerged in a viscous fluid, particle interactions play an essential role in the overall mixture viscosity. The suspension phenomenon is caused by short-range hydrodynamic interactions, known as lubrication. Lubrication forces are usually underestimated due to their singularities and the spatial discretization of the numerical schemes. In this thesis, we propose a lubrication model for a coupled volume penalization method and discrete element method solver that estimates the unresolved hydrodynamic forces and torques in incompressible Navier-Stokes flows. Corrections are made locally on the surfaces of the interacting particles without any assumption on the global particle shapes. The final version of the local lubrication model can be used for suspension of convex particles without any tabulations. The numerical method has been validated against experimental data with spherical and ellipsoidal particles. With spherical particles, the lubrication model performs as well as existing numerical models that are limited to this specific particle shape. The model compatibility with convex particles has been validated by comparing simulations using ellipsoids to experimental measurements we made

Cette thèse est dédiée à l’étude des contacts lubrifiés tore-plan sous diverses conditions. Ces contacts se situent à l’interface entre l’extrémité torique des rouleaux et le collet de la bague dans les roulements à rouleaux. La première complexité de cette étude provient de la géométrie particulière des solides concernés. La deuxième est générée par la cinématique complexe qui règne dans ces contacts. Afin de comprendre les mécanismes physiques à l’œuvre, une approche duale (expérimentale et numérique) est adoptée. Le banc d’essai Jérotrib permet une première étude basée sur l’hypothèse que le contact élastohydrodynamique tore-plan est similaire à un contact elliptique équivalent. Grâce à une méthode d’interférométrie optique en lumière blanche qui a été adaptée aux spécificités du contact en question, des mesures précises de l’épaisseur de film ont été effectuées dans un nombre significatif de conditions. Sur cette base, un modèle numérique thermo-élastohydrodynamique a été validé avec précision. Ce dernier a permis d’étudier les écoulements de fluide à l’entrée du contact afin de mettre en évidence leur influence sur le champ d’épaisseur de film. Le modèle numérique a ensuite été amélioré afin de prendre en compte la vraie forme des solides. Il a été validé en épaisseur de film par le banc d’essai Tribogyr, dans des conditions similaires à celles rencontrées dans les vrais roulements. Il a été montré que le cisaillement du fluide est responsable de l’échauffement des solides, qui diminue par suite l’épaisseur de film : ceci souligne la nécessité de modéliser cet échauffement global pour prédire la séparation des surfaces. Par ailleurs, lors de l’étude, le champ de pression et d’épaisseur de film ont perdu leurs symétries à cause de la cinématique et de la forme des solides. Toutefois, le comportement du contact est resté similaire à celui d’un contact elliptique, en dehors de certains cas limites
This thesis is dedicated to the study of torus on plane contacts under various operating conditions. They can be found at the interface between the torus roller-end and the flange in roller bearings. The first challenge of this thesis is to deal with unusual mating geometries. The other challenge is the presence of a complex kinematic which operates in these contacts. In order to further develop the understanding of such a contact, a dual approach (experimental and numerical) is adopted. The Jérotrib test-rig enables a first study, by considering that the élastohydrodynamic torus on plane contact can be modelled by an elliptical equivalent contact. Thanks to a differential colorimetric interferometry method which was improved and adapted during the thesis, precise film thickness measurements are carried out under a rather wide range of operating conditions. A thermo-elastohydrodynamic numerical model is developed and validated by comparing its results to the ones of the test-rig. A numerical study on film forming is then proposed and the role of the contact ellipticity is investigated. The numerical model is improved in order to take into account the actual shape of the solids. A film thickness validation of the model is proposed, thanks to measurements performed on the Tribogyr test-rig. The operating conditions are very similar to the one encountered in actual bearings, and the mating solids have representative geometries: it is an actual torus-on-plane contact. It is demonstrated that the lubricant shearing is responsible for the solids temperature rise, which in its turn, reduces the film thickness. It appears mandatory to be able to predict this global warming of the bodies. It is also demonstrated that the pressure and film thickness distributions lose their symmetry because of the spinning kinematic and the solids shape. However, the behaviour of the torus-on-plane contact appears very similar to the one of an elliptical equivalent contact, apart from some limit cases

De nombreuses hypothèses sont classiquement utilisées pour décrire le comportement du fluide dans un contact lubrifié : film continu, viscosité constante dans l’épaisseur, film mince, fluide newtonien… Or, certaines s’avèrent erronées dès lors que l’on s’intéresse aux contacts Elasto- HydroDynamiques fortement glissants ou à la répartition du lubrifiant en sortie de contact. Une approche numérique originale, basée sur un retour aux équations de la mécanique des fluides générale et prenant en compte le couplage fluide/solide et les effets thermiques sont proposés ici dans le but d’apporter des éléments physiques supplémentaires aux modélisations usuelles. Dans un premier temps, l’influence des effets thermiques sur l’évolution du frottement dans les contacts Thermo-EHD est mise en évidence. La présence d’un minimum de frottement pour le cas du glissement pur est expliquée par l’analyse des transferts thermiques entre le lubrifiant et les solides. L’origine des modifications locales d’épaisseur de film observées et l’existence même d’une épaisseur de film lubrifiant pour les cas de vitesse d’entraînement nulle sont alors reliées à la présence d’un fort gradient de viscosité dans l’épaisseur de film. Une comparaison qualitative avec des éléments expérimentaux de la littérature est réalisée, validant les tendances obtenues. Dans un second temps, l’écoulement à surface libre du lubrifiant en périphérie du contact est étudié expérimentalement puis numériquement par une méthode à interface diffuse. Le rôle des effets capillaires est analysé et les résultats numériques confrontés à des résultats issus de la littérature. Un bon accord est obtenu tant qualitativement que quantitativement. Validé par l’étude numérique diphasique (air/lubrifiant) réalisée, un modèle analytique simplifié est alors développé, prédisant une loi de répartition du lubrifiant en sortie de contact. La zone de sortie des contacts EHD est ensuite traitée par un modèle de cavitation vaporeuse et la prise en compte nécessaire de l’air environnant est discutée. Enfin, une première modélisation tridimensionnelle de l’écoulement à surface libre du lubrifiant autour d’un contact ponctuel est réalisée mettant en avant l’influence des effets capillaires et la faisabilité d’une telle approche
Classically, many assumptions are used to model the fluid behaviour in a lubricated contact : continuous film, constant viscosity across the film thickness, film thickness is very thin compared to other contact dimensions, Newtonian lubricant... However, some of them are not well-founded for the study of Elasto-HydroDynamic contacts with high sliding or to estimate the liquid distribution at the exit of the contact. An original numerical approach, based on the general fluid mechanics equations and taking into account the fluid/solid coupling and thermal effects, is developed here in order to give more physical insights to the usual modelling. First of all, the thermal effects are shown on the friction coefficient evolution for Thermo- EHD contacts. A minimum value is found concerning the friction value for the pure sliding case. It is explained by analyzing the heat transfer between the solids and the lubricant. The origin of the resulting local modifications of the film thickness and the existence of a film thickness for zero entrainment velocity cases are related to the presence of a high viscosity gradient through the film. A qualitative comparison is performed with experimental data from literature, validating the results. Second, the free surface flow of the lubricant around the contact is experimentally and numerically studied with a diffuse interface method. The capillary effects on the air/lubricant meniscus position are analyzed and quantitatively compared with experimental data from literature. Good agreements are found. An analytical approach is then developed, based on the numerical study of the two-phase flow. An analytical law predicting the liquid distribution is obtained. The exit area of EHD contacts is then investigated with a vaporous cavitation model highlighting the necessity of taking into account the effects of surrounding air and surface wettabillity. Finally, a first approach of the tri-dimensional two-phase flow is performed, showing the capillary effects on the interface location