Thèses sur le sujet « Couche de lubrification »

L'appareil à forces de surface développé à l'E. C. L (A. Tonck - J. M. Georges) est utilisé pour la caractérisation des fluides en milieu confiné (souvent des huiles de lubrification ou des solutions de polymère). L'exploitation des résultats expérimentaux obtenus par un tel appareil, et en particulier l'identification des caractéristiques rhéologiques de ces fluides, exige une analyse précise du contact sphère-plan en présence d'une couche interfaciale viscoélastique hétérogène et très mince. Les travaux antérieurs (F. Auslender) sur la nanorhéologie des couches minces confinées, ont permis d'aboutir à une forme généralisée des équations de Reynolds, permettant de décrire en sollicitation harmonique le contact sphère-plan (supposés rigides) en présence d'un film mince de fluide viscoélastique, compressible et hétérogène. Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à la prise en compte de la déformation du substrat dans la modélisation antérieure. Afin de clarifier l'influence des différents paramètres (compressibilité de l'interface, déformabilité du substrat), nous avons choisi d'étudier deux problèmes modèles. Le premier est celui d'une couche de solide élastique compressible et homogène, le second celui d'une couche de fluide visqueux Newtonien compressible et homogène. En nous basant sur des résultats expérimentaux, nous avons pu identifier les propriétés rhéologiques pour trois types de lubrifiants. L'hétérogénéité de l'interface a été représentée par deux couches pariétales solides de mêmes caractéristiques rhéologiques, séparées par un volume de fluide de caractéristiques rhéologiques différentes. Afin d'obtenir des renseignements supplémentaires sur les propriétés rhéologiques de ces couches, nous avons étudié leur contact avec prise en compte de la déformation du substrat. Leur comportement est supposé de type hyperélastique, associé à une énergie de type Mooney - Rivlin avec un terme de compressibilité
The surface force apparatus developed at E. C. L. By A. Tonck and J. M. Georges is frequently used in the characterisation of confined fluid (such as lubrification oil or polymer solution). The exploration of such experimental results requires a precise analysis of the contact problem between an elastic place and an elastic sphere separated by a thin interfacial layer which may be considered eleastic, viscous or viscoelastic. Previous works in this direction (F. Auslender) leads to a generalised Reynolds equation describing, under imposed harmonic vertical displacement, the sphere plane contact with an heterogeneous viscoelastic compressible interfacial layer. In this work we intend to account, in the context of the previous analysis, the deformation of the elastic substrate. In order to clarify the roles of the film compressibility and the substrate deflection, we have studied two simple configurations : the first one is the case of an homogeneous elastic solid as interfacial layer, the second one is the case of a compressible Newtonian viscous fluid as interfacial layer. By reffering to experimental results, we have identified the rheological characteristics for three types of lubricant oils. The interface heterogeneity has been represented by two parietal solid layers with the same characteristics, separated by a fluid bulk. In order to obtain more information on the parietal layers rheology, we have studied their contact, assuming them to obey to hyperelastic behaviour laws associated to compressible Mooney - Rivlin elastic energy

Dans les mécanismes lubrifiés, la durée de vie des surfaces en contact est fonction de l'épaisseur du film de lubrifiant qui sépare les solides. La sous-alimentation en lubrifiant affecte cette épaisseur de film et réduit la durée de vie des mécanismes. Une modélisation mathématique du problème à frontières libres est adoptée. Les techniques Multigrilles et Multi-Level Multi-Integral utilisées pour résoudre le système d'équations sont sommairement exposées. Le modèle fournit les champs de pression et d'épaisseur de film de lubrifiant dans le contact. Il permet de valider un modèle analytique développé afin de mettre en évidence et de quantifier le débit d'éjection de lubrifiant, dans la couche limite qui entoure le contact. La largeur de la couche limite régit le débit d'éjection et elle permet de déterminer la réponse du contact à la sous-alimentation. La largeur de la couche limite peut aussi être utilisée pour prédire la persistance d'une sous-alimentation locale dans un mécanisme
The life of lubricated mechanisms is a function of the lubricant film thickness separating the contacting solids. The degree of lubricant starvation affects this film thickness and the life of the mechanisms. A free boundary model has been adopted. The lubricant distribution in the inlet of the contact is used as a boundary condition. The "multigrid" and "Multi-Level Multi-Integral" techniques, used to solve the equations describing the problem, are briefly exposed. The pressure field and the deformed geometry of the surfaces are obtained on the computational domain. This solution allows the validation of an analytical model developed to study the ejection flow and to quantify this flow in the boundary layer surrounding the contact. The flow is governed by the width of the boundary layer. This width, determines the contact response to a lubricant starvation. The dimensionless width can also be used to predict the persistence of local lubricant starvation, in a particular mechanism

Le processus de pompage du béton revêt une importance capitale dans le secteur de construction, facilitant le transport du béton frais vers le site de coulée, voire des zones difficiles d'accès. Cette technique offre la possibilité d'atteindre des hauteurs et des distances considérables. Toutefois, ce processus n'est pas sans défis. Il est donc primordial de pouvoir bien prédire la pompabilité du béton. En effet, la pompabilité du béton dépend étroitement de ses propriétés rhéologiques et de sa capacité à former une couche de lubrification (CL) lors de son écoulement dans les conduites de pompage. Par conséquent, une bonne compréhension de la rhéologie du béton et des caractéristiques de la CL est essentielle, d'autant plus que les mécanismes de formation de cette dernière demeurent encore méconnus. Cette thèse se concentre sur l'étude de la dilatance de Reynolds (DR) en tant que mécanisme potentiel intervenant dans la formation de la CL, et elle vise à mettre en évidence les principaux paramètres qui les régissent. La première partie de l'étude présente le développement d'une nouvelle méthode pour évaluer les variations de volume induites par le cisaillement, nommée la dilatance de Reynolds du béton en écoulement à surface libre. Cette méthode, bien que plus fiable pour les bétons conventionnels, ne permet cependant pas d'explorer pleinement ce mécanisme. En conséquence, un nouveau dispositif empirique, le CRD-Test, a été conçu pour évaluer la dilatance de Reynolds des bétons autoplaçants soumis à différents scénarios de cisaillement à surface libre et sous pression, simulant ainsi les processus réels de coulage et de pompage. Dans cette seconde partie de l'étude, le béton autoplaçant (BAP) est considéré comme un mélange biphasique, composé de gros granulats (> 1,25 mm) immergés dans une matrice fluide de mortier fin (< 1,25 mm). En outre, le CRD-Test offre une couverture large des niveaux de cisaillement et de pression. Il repose sur un tribomètre à cylindre coaxial modifié, dont la vitesse de rotation varie de 0 à 3 tr/s, et sur un régulateur de pression d'air ajustable de 0 à 300 kPa. Le phénomène de dilatance de Reynolds se traduit par des fluctuations de la pression latérale mesurée au niveau du cylindre extérieur de cet appareil et a été étudié à travers de nouveaux indices. Les résultats expérimentaux révèlent que les indices de pression induits par la dilatance de Reynolds sont en accord avec la maniabilité du béton et ses paramètres de formulation. Les bétons autoplaçants présentant des faibles valeurs d'étalement montrent des indices de dilatance de Reynolds élevés sous cisaillement à surface libre et sous pression. De plus, une approche diphasique permet de mettre en évidence des corrélations entre la dilatance de Reynolds et les caractéristiques des granulats dont le diamètre est supérieur à 1,25 mm ainsi que les caractéristiques viscoplastiques du mortier fin, (i.e. la phase suspendante). De plus l'étude montre que la dilatance de Reynolds est principalement affectée par le degré d'empilement initial du squelette granulaire pendant le processus de pompage. Enfin, les valeurs de dilatance de Reynolds sont en en bon accord avec les caractéristiques du régime d'écoulement, la dynamique des particules et les indices de migration des particules sous l'effet du cisaillement. Selon les corrélations établies, il apparaît que la ségrégation dynamique peut significativement influencer les mécanismes de formation de la CL lors du pompage du béton à faibles taux de cisaillement, illustrant ainsi l'importance de la dilatance de Reynolds dans ce processus. Cependant, il a été observé qu'à des taux de cisaillement plus élevés, la ségrégation dynamique peut avoir un impact négatif sur les valeurs de dilatance de Reynolds, augmentant ainsi le risque de blocage durant le processus de pompage du béton
Concrete pumping process is important in the construction sector, facilitating the transport of fresh concrete to the casting site, even in difficult-to-access areas. This technique enables the achievement of considerable heights and distances. However, this process presents challenges. Therefore, accurately predicting the pumpability of concrete appears to be essential. Indeed, concrete pumpability relies on its rheological properties and its ability to form a lubrication layer (LL) during its flow through pipes. Accordingly, it is worthy to mention that mastering the rheology of concrete and understanding the characteristics of the LL is important, especially considering that the mechanisms of LL formation remain not well understood.This project focuses on investigating Reynolds dilatancy (RD), a potential mechanism involved in LL formation, and aims to highlight the key parameters governing it. The first part of the study introduces the development of a new method to assess shear-induced variations (RD) at free-surface flow. This method, although more reliable for conventional vibrated concrete (CVC), it does not fully explore this mechanism. Consequently, a new empirical device, the CRD-Test, was designed to evaluate the RD of self-compacting concrete (SCC) subjected to various scenarios under free-surface and pressurized conditions, simulating real casting and pumping processes. In this second part of the study, SCC is considered as a biphasic mixture of coarser particles (> 1.25 mm) in a fluid matrix of fine mortar (< 1.25 mm). Moreover, the new experimental device, named CRD-Test, offers wide range of shear and pressure levels. It is based on a modified coaxial cylinder tribometer, with a rotational speed ranging from 0 to 3 rps, and an air pressure regulator from 0 to 300 kPa. The RD phenomenon is manifested by fluctuations in lateral pressure measured at the outer cylinder of this apparatus and it was investigated through new indices.Experimental results reveal that RD values were found to be in good agreement with the workability and design parameters of the investigated concrete mixtures. Concrete with low fluidity values exhibited high RD indices under both free-surface and pressurized shear conditions. Furthermore, a biphasic approach highlights correlations between RD and the characteristics of aggregates with a diameter greater than 1.25 mm, as well as the viscoplastic characteristics of the fine mortar (i.e., the suspending phase). Moreover, RD results are mainly affected by the relative packing density of coarse aggregate during pumping process. Finally, Reynold values were in good agreement with flow regime characteristics, particle dynamics, and shear-induced particle migration indices. According to established correlations, dynamic segregation can significantly influence the mechanisms of LL formation during concrete pumping at low shear rates, illustrating the importance of Reynolds dilatancy in this process. However, at higher shear rates, dynamic segregation has been observed to negatively impact RD values, thereby increasing the risk of blockage during concrete pumping

Les micromecanismes realises jusqu'a present en silicium ou en nickel ont tous pour inconvenient majeur de s'user tres rapidement. Pour lubrifier ces micromecanismes, l'idee est de greffer sur les surfaces en frottement des monocouches de molecules organiques de quelques nanometres d'epaisseur. L'objectif de cette etude est la mise au point et l'optimisation de cette technique de lubrification
The silicon-made and nickel-made micromecanisms realized until now have all the major disadvantage to wear very fast. In order to lubricate such micromecanisms, the idea is to graft on the rubbing surfaces organic monolayers, that have a few nanometers of thickness. The objective of the study is the development and the optimization of this technique of lubrification

La législation européenne sur les émissions des véhicules devient de plus en plus sévère et ceci afin de minimiser l'impact sur l'environnement de la pollution occasionnée par les moteurs à combustion interne. La réduction des pertes par frottement et une plus faible consommation du carburant représentent différents aspects sur lesquels il est possible d’intervenir dans ce sens. Pour diminuer les pertes par frottement, plusieurs approches ont été utilisées, soit au niveau du design des pièces mécaniques, soit au niveau de l’optimisation du lubrifiant pour un contact considéré. Le dithiocarbamate de molybdène (MoDTC) est l’un des additifs modificateur de frottement permettant d’atteindre les plus faibles coefficients de frottement pour un contact acier/acier lubrifié en régime limite. La molécule se décompose dans le contact à des températures et des pressions élevées, en formant des feuillets lamellaires de MoS2 sur les surfaces frottantes. Cependant, il est nécessaire d'optimiser la durée de vie de ces additifs, en empêchant leurs appauvrissements ou dégradations prématurés dans le lubrifiant. Il a été montré, en effet, que les performances du MoDTC sont sensibles au temps de fonctionnement du moteur et sont donc liées à sa dégradation. L'objectif principal de cette thèse était donc de mieux comprendre le comportement tribologique (frottement et usure) d’une huile de base contenant du MoDTC en fonction de la dégradation du lubrifiant pour des contacts acier/acier et DLC/acier. L’approche utilisée pour mieux comprendre le comportement du MoDTC lorsqu'il est soumis à une dégradation thermo-oxydative consiste à combiner des expériences tribologiques, à des caractérisations de surface (XPS, FIB / TEM / EDX, Raman, SEM) et à des caractérisations chimiques des huiles (chromatographie en phase liquide, spectroscopie de masse, FT-IR). Un lien direct et cohérent entre la composition du tribofilm et la voie de décomposition chimique de l'additif MoDTC proposée a été mise en évidence. Les additifs modernes sont conçus pour être utilisés sur des surfaces à base de fer. Il est donc essentiel d'optimiser simultanément les lubrifiants et les revêtements pour améliorer leurs performances. Dans cette thèse, un modèle d'usure du revêtement DLC hydrogéné lubrifié en présence de MoDTC a été proposé. Nous avons établi à l’aide de plusieurs techniques, que l’usure est due principalement à la formation de carbure de molybdène présent dans le tribofilm formé à la surface de l’acier
European legislation on vehicle emissions continues to become more severe to minimize the impact of Internal Combustion Engines (ICE) on the environment. One area of significant concern in this respect is the reduction of friction losses resulting in reduced emissions and as well as higher fuel efficiency and lower fuel consumption. To decrease these losses, several approaches have been made particularly at design of mechanical parts stage and at experimental level to optimize lubricant components. A great contribution to solve the problem can be given by the optimization of the additives package blended into the engine lubricants. The molybdenum dithiocarbamate (MoDTC) is the additive showing the best tribological performance by acting as friction modifier. It decomposes under high temperatures and pressure, forming layered structures on the engine surfaces. However, the use of effective friction reducing additives to achieve low boundary friction coefficient is not enough to have great engine fuel efficiency. In addition, in fact, it is needed also to maximize their durability, preventing premature consumption or depletion of these additives. It has been shown, in fact, that the friction reduction performance of MoDTC is sensitive to engine operating time and that is related to the degradation of MoDTC itself. In the first part of my thesis we tried to get a good comprehension of the chemical mechanisms of MoDTC ageing and to study the impact on the tribological properties. The chemical bulk oil characterization of MoDTC blended into the base oil when subjected to thermo-oxidative degradation allowed to propose a new hypothetical chemical pathway followed by the friction modifier molecules during the ageing process. At the same time, these findings were linked to the impact of the MoDTC degradation on its tribological properties. As reported in literature, another MoDTC drawback is its strong antagonism with DLC coating. In fact, when DLC-involving contacts are lubricated by MoDTC-containing base oil, a catastrophic DLC wear is produced. For this reason, in the second part of the project a multi-techniques approach has been adopted to get a better understanding of this wear mechanism. The combination of all the findings allowed to propose for the first time a new wear mechanism based on the formation of molybdenum carbide species inside the contact. A strong chemical interaction between the molybdenum-based species formed on the steel counter-body and the carbon of the DLC material has been supposed, leading to the formation of MoC species. All the results found are discussed to clarify the correlation between degradation time, tribological performance and tribofilm characterizations in both steel/steel and DLC/steel contact

Les travaux entrepris lors de cette thèse consistent à apporter quelques éclaircissements dans la caractérisation du comportement de couches très minces. La motivation sous-jacente est liée à l'analyse mécanique des résultats expérimentaux provenant des appareils à forces de surface (notamment celui de l'ECL) qui reposent sur le principe suivant. Une couche mince d'un fluide viscoélastique, confinée entre un plan et une sphère de rayon r, distant l'un l'autre d'une distance d, subit une sollicitation sinusoïdale de la part de la sphère qui se déplace normalement au plan. L'appareil à forces de surface (afs) est capable de mesurer la force engendrée par le déplacement harmonique de l'ordre du nanomètre de la sphère. L'analyse permet, entre autre, de montrer l'apparition (respectivement sur la sphère et le plan) de deux couches immobiles aux parois quasi-solides, d'une épaisseur de quelques diamètres moléculaires, séparées par une zone volumique constituée du liquide interfacial dont on connaît les propriétés. L'approche classique du problème, basée sur la théorie de la lubrification et l'équation de Reynolds étendue au cas viscoélastique incompressible, ne permet pas d'expliquer de manière satisfaisante les résultats expérimentaux obtenus. Afin de l'améliorer, nous avons mis en œuvre une extension de cette théorie au cas d'une structure hétérogène, compressible. Les résultats obtenus montrent que la compressibilité des couches immobiles aux parois, même très faible, joue un rôle essentiel. Afin de clarifier le rôle de la compressibilité, un problème modèle simplifié (écrasement d'une couche mince élastique compressible entre deux plans) a été étudié. Les résultats obtenus ont, d'une part, confirme l'importance de la compressibilité dans le comportement des couches minces, et d'autre part, mis en évidence le mécanisme de déformation caractéristique des couches minces. Celui-ci correspond à un champ de déplacement œdométrique pour lequel seuls les déplacements verticaux sont permis (pas de déplacements latéraux). La prise en compte de ce mécanisme, dans l'extension de la théorie classique précédemment réalisée, aboutit à la construction d'un modèle qui décrit le comportement des films minces viscoélastiques hétérogènes compressibles. Ce modèle permet de retrouver les résultats expérimentaux observes et d'obtenir les caractéristiques rhéologiques des couches immobiles aux parois. Enfin, une étude du contact des deux couches viscoélastiques immobiles aux parois a été réalisée. Dans celle-ci, le contact est modélisé à partir d'une loi viscoélastique non linéaire qui représente l'extension du modèle de zener tridimensionnel aux grandes déformations. Cette modélisation permet de reproduire l'allure des courbes expérimentales force distance obtenues par l'afs à l'intérieur du contact. Une linéarisation autour de l'état d'équilibre, qui correspond à l'élasticité différée des couches en contact, permet, pour de faibles oscillations harmoniques, d'identifier, à partir des résultats expérimentaux fournis par l'afs, certains des paramètres de l'extension grandes déformations du modèle rhéologique de zener.

This thesis is devoted to the study of spinning contacts located in bearing between the roller-end and the ring flange. The main direction of the lubricant flow may change when the contact is subjected to skew. This complex kinematics influences the contact behaviour. A dual experimental-numerical approach is proposed to study this problem. The Tribogyr test-rig allows the experimentation of the contact at the 1:1 scale. A film thickness measurement method, based on white light interferometry, was developed on Tribogyr. This method allows the measurement of film thickness between 0 and 800 nm with an accuracy of a few nanometres. The measurement of forces in the main flow direction shows similarities with classical rolling-sliding contacts. However, the friction coefficient is globally lower as soon as spin is involved. Transverse forces are of the same order of magnitude as the longitudinal forces. This is due to transverse shearing caused by the spin. A numerical model has been developed for the simulation of these spinning contacts. The finite element model, which is based on a fully-coupled solving strategy, takes into account the temperature calculation and the lubricant non-Newtonian rheology. Its validation with Tribogyr experimental results in terms of film thickness and friction has been conducted. Spin and skew effects induce high shear-thinning and thermal-thinning of the lubricant that lead to a decrease of the film thickness. Under high spinning condition, the lubricant exiting the contact may be re-injected to the contact inlet. Consequently, the heat transfers between the lubricant and the solids in contact are modified. In contact subjected to high skew, a local increase (dimple) of the film thickness may occur. Important skew may also lead to starvation conditions. Many experimental campaigns, coupled with an intensive use of the numerical model, allowed to understand the physical phenomena involved as well as to predict the efficiency, in terms of power losses, of the spinning contacts.

Les contraintes appliquées aux composants moteurs ont fortement augmentées ces dernières années. Les pièces en contact tribologique doivent résister à de fortes charges, fonctionner avec des carburants à faible lubricité et résister à des chocs thermiques. Dans la dernière décennie, un nouveau type de films minces appelé nanocomposite a été développé. La plupart des investigations ont été réalisées avec des matériaux à base de nitrures ou de carbures. Les oxydes furent moins étudiés en raison de leur fragilité, bien que ces matériaux offrent une résistance à la corrosion et un stabilité thermique. Cette thèse propose une investigation de films nanocomposites à base d'oxydes pour applications tribologiques. Nous avons choisi ZrO2 comme oxyde pour des applications à haute température et le cuivre comme liant pour la ductilité mécanique. Le champ d'application de ce film a été élargi avec l'addition de carbone comme lubrifiant solide. Premièrement, l'énergie des ions et le courant d'ions furent corrélés avec les observations de particules capturées sur des grilles durant le procédé. Cette expérience fut appliquée à la déposition de films ZrO2/Cu. La structure du film fut corrélée aux propriétés mécaniques. Le comportement tribologique de ce film fut investigué dans différents environnements. La résistance à la friction fut testée à l'air (sec et humide) et avec des lubrifiants. Le bombardement ionique durant la pulvérisation réactive fut optimisé en pulsant les cathodes et en appliquant une tension négative au substrat. Dans ces conditions, des particules de 10 nm de diamètre furent capturées. Cette expérience fut vérifiée dans les revêtements ZrO2/Cu avec des particules d'une taille inférieure à 20 nm. La dureté de ZrO2/Cu resta constante jusqu'à 500°C. L'insertion de 35 atomique pourcent de carbone permis d'augmenter la dureté à 30 GPa. Le COF fut réduit à 0. 15. La dureté de ce film fut également stable jusqu'à 500°C. Le film doté de carbone est composé de particules ZrO2 et ZrC insérées dans une matrice de Cu et de carbone amorphe a-C:H. Ce revêtement présente un faible COF (0. 2) en contact tribologique indépendant de l'humidité. La résistance à l'impact de ce film fut assurée jusqu'à de fortes charges pour des durées moyennes et à des faibles charges pour des longues durées
The loadings applied to engine components are increasing with the demand for more efficient, safer, and environmental friendlier cars. On the opposite to coatings for cutting applications, the future coatings should also protect the counterpart and reduce the friction between the bodies. In the past decade a new type of wear protective films -called nanocomposite coatings- showed promising results in terms of hardness and fracture toughness. Most of the investigations were performed with nitride or carbide-based materials. Oxides were less studied because of their brittleness, but these materials would offer the corrosion and temperature stability required in the future engines. In this work, we proposed an investigation of a nanocomposite coating based on oxides for tribological applications in various environments. We choose ZrO2 as oxide for high temperature applications and copper as surrounding. The properties of this coating were extended with the addition of carbon as solid lubricant material. First, we optimized the pulsed magnetron sputtering for the deposition of nanoparticles. This experience was applied to the deposition of ZrO2/Cu nanocomposite coatings. The Zr-Cu-O-C coatings were optimized for tribological applications under various environments. The film structure was correlated with the mechanical properties. The tribological behavior of this coating was investigated in various environments and wear conditions. The enhanced ion bombardment during the reactive sputtering was obtained by pulsing the cathodes, providing a high sputtering power to the targets, and applying a negative bias to substrate. Using these conditions, 10 nm-particles were captured. This experiment was verified in the ZrO2/Cu coatings with t-ZrO2 particles smaller than 20 nm. The insertion of 35 atomic percent carbon in the nanocomposite structure increased the hardness to 30 GPa and reduced the COF to 0. 15. The hardness of this coating was stable in annealing tests up to 500°C. The structure investigations showed the presence of ZrO2 and ZrC particles inserted in a matrix of copper and a-C:H. This coating presented a low COF independent of the humidity in sliding tests without lubricants. The impact resistance was assured at high loads for medium durations and at low loads for long durations

La lubrification des mécanismes spatiaux embarqués sur des satellites est un enjeu technologique considérable compte tenu du cahier des charges imposé en terme d'exigences fonctionnelles et opérationnelles. Ce travail de recherche a pour objectif d'élargir les performances des lubrifiants solides déjà utilisés dans la plupart des missions, notamment le MoS2. Ces lubrifiants présentent actuellement une durabilité insuffisante, une forte sensibilité à l'environnement et produisent trop de débris d'usure. Parmi les couches minces à forte potentialité dans de nombreux domaines (microélectronique, optique, biomédical), les couches de type DLC (Diamond-like Carbon) présentent un très large spectre de structures et de compositions ajustables par les procédés de dépôt. Notre choix s'est porté sur l'optimisation d'une famille de couches DLC susceptibles de répondre au cahier des charges d'au moins une application spatiale. Nous avons élaboré et optimisé la composition et la structure d'un multicouche à gradient fonctionnel à base de titane, carbone et hydrogène Ti/TiC(H)/a-CH par un procédé hybride PVD/PECVD. Les dépôts, mis au point en collaboration avec le groupe HEF, ont été réalisés sur éprouvettes et sur pièces de mécanismes réels tels que des roulements. Nous avons montré que des frottements sous vide faibles et peu bruités sont liés à la teneur en hydrogène dans la couche superficielle, teneur qui doit être supérieure à 45 % at. L'adhérence de la couche carbonée sur les substrats est conditionnée par la couche à gradient fonctionnel à base de titane. Les tests sur tribomètre de laboratoire et sur les bancs d'essais du CNES (Toulouse) démontrent que les multicouches optimisées répondent à un premier niveau de sélection pour une application spatiale, en termes de valeur et de stabilité de frottement d'une part, de résistance à l'usure d'autre part. Parallèlement à cette étude à finalité technologique, nous avons approfondi significativement les mécanismes de frottement faible observé également sur des couches DLC modèles déposées sur silicium par le centre de recherche Watson d'IBM (U. S. A. ). Nous avons ainsi dégagé une meilleure compréhension du rôle de l'hydrogène, présent dans les couches DLC ou sous forme gazeuse dans l'environnement du contact, sur les valeurs de frottement stabilisé. Nous avons également démontré l'influence de la composition chimique des surfaces en contact sur la cinétique du régime de frottement transitoire précédent le régime stabilisé. Le concept de dureté chimique "Chemical Hardness" a été appliqué et discuté à partir des résultats expérimentaux. Ce travail, soutenu par la région Rhône-Alpes, a été réalisé en cotutelle entre deux laboratoires de l'Institut Européen de Tribologie, le Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes de l'Ecole Centrale de Lyon, et le Laboratoire de Mécanique des Contact de l'INSA de Lyon
Lubrication of onboard space mechanisms is a key technological issue, considering the functional and operational requirements. This study aims to broaden the performances of solid lubricants already used in spacecraft, like MoS2. Current solid lubricants exhibit a short lifetime and a high sensitivity to environment, and they may pollute surrounding equipment due to wear debris formation. Among the thin coatings which arouse strong interests in various scopes (microelectronics, optics, biomedical. . . ), Diamond-Like Carbon (DLC) coatings present a very large spectra of structures and compositions, that can be tuned by process type and parameters. We focused our research on the optimization of a range of DLC coatings that would be likely to meet the requirements of at least one. Thus, in collaboration with the HEF group, we have deposited and adjusted the composition and structure of a functionally graded layer based on titanium, carbon and hydrogen (Ti/TiC(H)/a-C:H) by an hybrid PVD/PECVD deposition chamber. These coatings were obtained on lab samples as well as on real mechanisms, like bail bearings. We have shown that low and noiseless friction under high vacuum were related to the hydrogen content in the top-layer, which should be more than 45 at. %. The adhesion of the coatings on their substrates depends on the titanium-based graded layer. Experiments performed on laboratory tribometers and test machines at CNES facilities (Toulouse) confirmed that the optimized functionally graded layers could be selected for further qualification, both in terms of low and stable friction and of wear resistance. Concomitantly to this technological study, we concentrated on the phenomena that lead to low friction values under vacuum, that were also obtained on DLC coatings deposited on silicon by IBM Watson Research Center (USA). A better understanding of the hydrogen role on stabilized friction could be achieved, either as an element included in the coating or as a gas surrounding the contact. We have also shown the effect of surface chemistry on the kinetics of transient friction preceding the stabilized regime. The concept of "Chemical Hardness" was applied and discussed from experimental results. This work, supported by "Région Rhônes-Alpes", was achieved under the supervision of the Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, from Ecole Centrale de Lyon, and the Laboratoire de Mécanique des Contacts, from INSA-Lyon. This both laboratories are members of the Institut Européen de Tribologie

L'étude de l'écoulement d'un fluide entre deux surfaces très rapprochées (quelques dizaines de microns ou quelques microns) impose logiquement de ne pas considérer ces surfaces comme "idéalement lisses" mais de tenir compte de leurs défauts microscopiques. La théorie de l'homogénéïsation, liée aux techniques d'échelles multiples, est utilisée dans ce travail parce qu'elle fournit une méthode sûre et efficace pour aborder ce problème. Par rapport aux autres approches connues, celle-ci a en outre l'avantage d'être la seule qui soit susceptible de généralisations à des phénomènes non-linéaires tels que la cavitation. On s'intéresse d'abord aux équations elliptiques sous forme divergentielle dont le second membre est aussi une divergence. En utilisant la méthode des développements asymptotiques formels, on construit une équation homogénéïsée qui, par son second membre, n'est pas standard. On montre la convergence de la solution "réelle" vers la solution "homogénéïsée" ainsi que l'existence d'un correcteur du premier ordre. On généralise ensuite ces résultats au problème de l'obstacle. En appliquant ce qui précède, on traite complètement l'équation de Reynolds ainsi que le modèle I - V de la cavitation. Enfin on généralise partiellement ces résultats à une modélisation de la cavitation analogue à celle du "problème de la digue" par Alt, Brézis, Kinderlehrer et Stampacchia. Du fait de la non-uniforme périodicité des coefficients, les calculs numériques pour l'équation et l'I - V (solution homogénéïsée et correcteur du premier ordre) sont assez lourds mais bien adaptés à un calculateur vectoriel. On a donc développé un programme sur le Cray 1 du CCVR. On présente un certain nombre de résultats mettant en évidence l'influence des caractéristiques de la rugosité sur le comportement global du mécanisme lubrifié.

Les butees hydrodynamiques, utilisees dans beaucoup de mecanismes supportant des forces axiales, sont le lien entre les solides en mouvement. Leur bon fonctionnement depend de l'existence d'un film mince visqueux entre les solides composant le contact. La forme de ce film lubrifiant ayant des effets importants sur les caracteristiques des butees hydrodynamiques, nous avons essaye de determiner l'influence de conditions de fonctionnement particulieres mais tres realistes tel que le mesalignement d'une surface ou la sous-alimentation a l'entree du contact. Afin d'etudier le comportement des butees hydrodynamiques a patins fixes, un modele theorique a ete developpe. Il prend en compte le mesalignement des surfaces et la sous-alimentation dans le contact et integre un modele de calcul de temperature globale et un modele thermohydrodynamique. Les equations aux derivees partielles sont resolues par la methode des differences finies. Dans l'etude thermohydrodynamique, la resolution simultanee des equations de reynolds, de l'energie pour le fluide et de la chaleur pour les solides permet de determiner la temperature en tout point du film lubrifiant et des solides. Les resultats obtenus montrent, d'une part, que le mesalignement entraine une variation proportionnelle des caracteristiques des patins et, d'autre part, que la sous-alimentation diminue la qualite de fonctionnement des butees hydrodynamiques. L'influence de la sous-alimentation sur les caracteristiques de ces butees est souvent plus importante que celle du mesalignement et les variations des caracteristiques sont elevees meme avec un changement faible du debit d'alimentation. Cette etude permet de mettre en evidence les limites de variation des differents parametres etudies comme le mesalignement maximal et la sous-alimentation minimale. Enfin, le banc d'essai developpe simultanement a cette etude theorique permettra de valider ces differents resultats.

Lors de certaines phases de fonctionnement de composants mécaniques tels que les organes de guidage (paliers) ou de transmissions d'énergie (engrenages), l'épaisseur du film d'huile peut être insuffisante pour séparer totalement les surfaces. Les sommets des aspérités peuvent entrer en contact augmentant ainsi l'usure et le frottement. Ce régime de lubrification par film discontinu est classiquement défini comme mixte ou limite. Les forces sont alors supportées partiellement par les solides et par le film de lubrifiant. De telles situations peuvent se produire en particulier lors des phases de démarrage et d'arrêt, de surcharges accidentelles et surtout pendant le rodage. Ces situations sont déterminantes pour les composants mécaniques notamment au niveau de leur durée de vie et de leurs performances en service. Le problème du contact entre surfaces solides a été étudié dans ce mémoire d'une manière évolutive afin de clarifier le problème, assez complexe du rodage dans un contact rugueux fonctionnant en lubrification mixte. Nous avons commencé par une étude du contact sec en absence de glissement et analysé la variation géométrique ainsi que les transformations physiques occasionnées par une sollicitation normale du contact rugueux. L'incidence du lubrifiant et du glissement sur le frottement et l'usure en régime de lubrification mixte et limite a été étudiée. Les essais ont été réalisés à l'aide d'un tribomètre pion-disque. Ensuite, nous avons analysé l'influence de l'addition d'un agent tensioactif au lubrifiant de base, en particulier sur le frottement, l'usure, et les transformations superficielles des surfaces au cours du rodage
During certain working stages of mechanical components such as guiding parts or gear-wheels, the thickness of the oil film can not be sufficient to separate totally the surfaces. The summits of the asperities can be in contact, increasing wear and friction. This situation with a discontinuous film is classically defined as mixed or limited lubrication. In that case, the forces are supported partially by the solids and by the lubricant film. Such situations can occur during the starting and stopping stages, accidental overloads and especially during the running-in. These situations are critical for the mechanical components in particular for their working life and performance in service. The contact problem between solid surfaces has been studied in this work in order to clarify the complexity of the running-in in contact working in mixed lubrication. Firstly, a study of dry contact without sliding has been carried out analysing the geometrical variation of the rough surface and the physical alterations caused by a normal load. Secondly, the influence of the lubricant and the sliding motion on the friction and wear are introduced to study the mixed and boundary lubrication. The tests have been conducted using a pin-on-disc tribometre. The influence of a friction modifier added in to the base oil has been analysed depending on the friction, the wear and the superficial alterations

Les butees hydrodynamiques assurent une tache tres importante dans les mecanismes industriels contemporains (reducteurs, turbocompresseurs,). Le support des charges axiales represente leur principal objectif. Le bon fonctionnement des butees depend essentiellement de la presence d'un film fluide entre les surfaces en mouvement relatif. Ce film doit assurer la separation totale des surfaces en question. Dans les conditions severes de fonctionnement (charges et vitesse elevees), les effets thermiques jouent un role non negligeable dans la determination des caracteristiques des butees. Cette etude thermique represente, a notre connaissance, l'unique analyse experimentale des butees hydrodynamiques a geometrie fixe. Un dispositif d'essai d'une butee hydrodynamique a huit patins fixes a ete concu, realise et mis au point dans le cadre de cette etude. Le grain fixe de la butee est fabrique en bronze et a un diametre interieur de 0,106 m et un diametre exterieur de 0,2 m. Le mode de lubrification utilise est celui par barbotage (bain d'huile) au rayon interieur. Ce dispositif nous permet de mesurer les champs de pression et de temperature a l'interface film/patin, le debit d'huile d'alimentation (fuite) et l'epaisseur minimale du film d'huile separant les deux surfaces en mouvement relatif. L'influence des conditions de fonctionnement sur les differentes caracteristiques de la butee est egalement analysee. La charge appliquee varie de 1 a 8 kn, la vitesse de rotation de 500 a 2600 tr/mn et la temperature d'alimentation d'huile est maintenue constante a 35, 40 et 45c. La confrontation des resultats experimentaux aux resultats theoriques issus d'un code de calcul thermohydrodynamique est satisfaisante dans l'ensemble. Des differences importantes ont ete observe sur quelques pressions, en particulier a fortes charges et vitesses de rotation. Ils sont dues principalement aux problemes de mesalignement (statique et dynamique) et aux deformations (thermiques et mecaniques) des elements de la butee qui ne sont pas prises en compte dans le code de calcul.

Actuellement les paliers hybrides sont largement utilises dans les turbopompes. Pour guider en rotation des arbres animes de grandes vitesses et lubrifies par des fluides tres peu visqueux. La modelisation habituellement utilisee qui consiste a supposer une pression constante dans les alveoles et a ignorer leur contribution au couple de frottement est mise en defaut. Nous avons realise des etudes experimentales sur le comportement du fluide dans et a la frontiere des alveoles. Les mesures ont ete faites sur une machine d'essai de paliers hybrides et sur un dispositif annexe simulant l'ecoulement au voisinage d'un changement de section en regime hydrostatique. Des modeles simples deduits des approches theoriques et des resultats experimentaux sont proposes. Les mesures de pression au moyen d'un capteur tournant fixe a la surface de l'arbre ne permettent pas de mettre nettement en evidence l'evolution de la pression dans, et a la sortie, des alveoles. Par contre les mesures de couple montrent que pour des nombres de reynolds moyennement eleves, la contribution des alveoles au couple peut atteindre 50%. Le modele developpe montre que cette augmentation de couple est due a la recirculation du fluide qui engendre une tres faible generation de pression dans l'alveole. L'augmentation de pression est souvent de meme ordre de grandeur que les fluctuations du signal delivre par le capteur dues a la turbulence dans l'ecoulement. Dans le cas de l'ecoulement au voisinage d'un changement de section, les resultats experimentaux montrent que l'on peut schematiser la variation de pression par un coefficient de perte de charge essentiellement en fonction du nombre de reynolds. Ce coefficient decroit tres rapidement si le nombre de reynolds est inferieur a 100, puis decroit tres lentement et tend vers 1,45 lorsque le nombre de reynolds est superieur a 10000. Ceci est confirme par les resultats theoriques obtenus a partir d'un modele bidimensionnel

Etude d'un problème de lubrification hydrodynamique en regime transitoire et avec cavitation. Les resultats les plus importants portent sur : l’établissement de théorèmes d'existence par des methodes de régularisation elliptiques, paraboliques et de semi-discrétisation dans le temps l'etablissement d'un algorithme de résolution prenant en compte le caractère diffusion-transport de l’équation. Application au cas des joints d'etanchéité . E

Dans une premère partie, on étudie théoriquement et numériquement uneméthode du type differences finies "mixtes", résolution des problèmes elliptiques : L. P. D. E. M. (locally exact partial differential equation method). Cette méthode, initialement proposée par C. H. T. Pan, A. Perlman et W. Li de manière heuristique pour la résolution des problèmes issus de la lubrification hydrodynamique, présente un certain nombre de caractères originaux que nous mettons en évidence. Nous montrons en particulier qu'elle donne un schéma numérique exact pour les équations elliptiques sans terme d'ordre 0 en dimension 1. Par ailleurs sa grande stabilité observée numériquement peut s'expliquer en référence à des propriétés liéess à l'homogénéisation. Nous donnons ensuite une variante de cette méthode pour la résolution des équations de diffusion convection et plus particulièrement pour les problèmes de perturbations singulières, en dimension 1, pour lesquelles on établit des estrimations d'erreurs uniformes. Comme pour les équations de diffusion pure, on montre que le schéma aux différences, est exact, en dimension 1, pour les équations de diffusion convection sans terme d'ordre 0. La deuxième partie s'intéresse à l'étude mathématique et à l'unicité de la solution approchée d'un problème monodimensionnel de frontière libre intervenant dans l'écoulement d'un fluide peu compressible en présence de cavitation et sous l'hypothèse des films minces, pour des conditions aux limites de Jackobson-Floberg-Adams.

Notre travail s'inscrit dans le cadre de l'optimisation en tribologie, plus particulierement aux paliers hydrodynamiques selon deux voies et pour deux buts differents : - a partir de la methodologie des plans d'experiences, associee a la notion d'analyse de la variance, comment modifier la geometrie d'un palier hydrodynamique deja existant mais ne donnant pas satisfaction afin d'ameliorer, ou de corriger, une ou plusieurs de ses caracteristiques de fonctionnement ? - a partir des methodes d'optimisation sous contraintes, quelles valeurs faut-il attribuer a certains parametres geometriques, ou quel lubrifiant retenir, afin que l'une ou plusieurs, des caracteristiques de fonctionnement du palier soient optimales ? en ce qui concerne la methode des plans d'experiences qui associee a la notion d'analyse de la variance permet d'etudier l'influence d'un ou de plusieurs parametres, et eventuellement de leurs interactions, sur les caracteristiques de fonctionnement d'un palier, nous montrons la possibilite de son application ainsi que ses limites d'utilisation aux problemes d'optimisation des paliers. Pour ce qui est de l'optimisation des paliers hydrodynamiques, nous montrons d'une part que la methode de hooke et jeeves modifiee et la methode complex sont bien adaptees aux problemes hydrodynamiques. D'autre part, nous montrons l'interet de l'utilisation de la notion de courbe d'echange dans le cas d'une optimisation biobjectif lorsque les deux objectifs sont en conflit. L'application de ces methodes a differents types de problemes a montre que, pour la solution optimale, une ou plusieurs contraintes sont en general saturees. Ainsi, si pour une raison quelconque, une variable a en pratique une valeur legerement differente de la valeur theorique une, ou plusieurs contraintes vont etre violees. On a montre que ceci pouvait etre evite en introduisant les differentes incertitudes comme contraintes complementaires dans le processus d'optimisation.

Le moteur à combustion, utilisé dans l’automobile est en perpétuelle évolution pour des raisons économiques et écologiques. Pour parvenir à de faibles consommations de carburant et émissions polluantes, l’un des axes étudiés est la réduction des pertes mécaniques par frottement du moteur qui constituent 15 à 20% de la consommation totale d’énergie du moteur. 50% de ces frottements proviennent des contacts Segment-Piston- Chemise et de la liaison Maneton-Bielle-Coussinet. De ce fait la compréhension de la tribologie de ce contact, l’optimisation de la lubrification et le vieillissement des lubrifiants deviennent primordiaux. L’objectif de cette thèse est d’étudier les mécanismes de lubrification de ces contacts segment/chemise et maneton/coussinet, et en particulier de comprendre l’influence du couplage additif, surface et matériau dans les différentes régimes de lubrification. Il s’agira de répondre à la question : comment maîtriser le frottement et l’usure en contrôlant la chimie du lubrifiant, la topographie et le matériau ? La démarche expérimentale choisie s’appuie sur l’analyse du comportement tribologique de deux additifs modificateurs de frottement sans cendres d’une part, puis sur l’impact du matériau et enfin sur l’influence de la topographie d’autre part. L’analyse de la cinétique d’évolution du coefficient de frottement et des traces d’usure en régime limite ont notamment permis d’identifier les mécanismes de réduction de frottement induits par les deux modificateurs étudiés
The combustion engine used in automotive industry is constantly changing for economic and ecological reasons. To achieve low fuel consumption and pollutants emissions, one of research axes studied is the reduction of the mechanical friction loss of the motor which constitute 15-20 % of the total energy consumption of the engine. 50% of these come from friction contacts cylinder /piston rings and conrod bearing. Thereby understanding of tribology of the contact, optimizing lubrication and lubricants aging become paramount. The objective of this thesis is to study the mechanisms of lubrication of these contact (piston ring/cylinder and conrod bearing), and in particular to understand the influence of the additive coupling surface and material in the different lubrication regimes. This will answer the question : how to control the friction and wear by controlling the chemistry of the lubricant, the topography and the material ? The experimental approach chosen is based on the analysis of the tribological behavior of two friction modifiers additives ashless at first time, and on the impact of material and finally the influence of topography on the second time. XPS Analysis of the evolution of the coefficient of friction and wear track under boundary regime have enabled to identify mechanisms to reduce friction induced by the two modifiers studied

Afin d’améliorer l’efficacité des traitements des pathologies articulaires, en tenant compte de leur complexité et de leur ampleur, des études récentes ont mis en évidence le rôle des assemblages lipidiques associés à la structure discontinue du fluide synovial dans le contrôle du fonctionnement tribologique articulaire. Ceci à conduit à la mise au point d’un modèle tribologique ex vivo (thèse AM Sfarghiu, 2006), proposant un « motif élémentaire » de la biolubrification articulaire, constitué de l’empilement d’interfaces phospholipidiques et de couches aqueuses. En utilisant ce modèle, l’objectif de ce travail a été d’étudier l’évolution des interfaces phospholipidiques du fluide synovial en présence de pathologies. Pour ce faire, une méthodologie nano-bio-tribologique alliant des analyses biochimiques, physicochimiques, nano-mécaniques et tribologiques a été utilisée. Les résultats de ces analyses montrent : l’influence de la faible rugosité des surfaces frottantes caractérisant les stades précoces des pathologies et celle des propriétés des interfaces phospholipidiques (liées à la variation de leur composition) sur la résistance mécanique, l’évolution au cours du frottement et la dégradation in situ des assemblages lipidiques des fluides synoviaux pathologiques. Le comportement des assemblages lipidiques est accentué par l’action des enzymes associées aux pathologies. Par conséquent, le fonctionnement articulaire dépend de la résistance mécanique des interfaces phospholipidiques et pour obtenir des coefficients de frottement très bas, l’accommodation de vitesse doit s’effectuer au niveau des couches d’hydratation qui entourent les ions présents dans la couche aqueuse. Ces résultats permettront de comprendre à court terme l’évolution des interfaces phospholipidiques dans les pathologies articulaires et, à plus long terme le bon enchaînement cause/conséquence responsable d’une pathologie articulaire afin de développer des traitements plus efficaces, ciblés et non prothétiques
In order to improve the effectiveness of joint diseases’ treatments, given their complexity and magnitude, recent studies have highlighted the role of lipid assemblies associated with the discontinuous structure of the synovial fluid (SF) in the tribological performance of joint operation. Thus, an ex vivo tribological model (AM Sfarghiu, PhD thesis, 2006) providing a "basic pattern" for joint biolubrification was developed. It consists of the stack of phospholipidic interfaces and aqueous layers. Using this model, the objective of this work was to study the evolution of phospholipidic interfaces of SF within pathological state. Therefore, a nano-bio-tribological methodology combining biochemical, physicochemical, nano-mechanical and tribological analysis was used. The results of these analyses show: the influence of even small rubbing surfaces’ roughness characteristics of early stage illness and that of phospholipidic interfaces’ properties (related to their composition change) on the mechanical strength, changes in friction and in situ degradation of lipidic assemblies of pathological SF. The tribological operation is highlighted by enzymes’ associated with diseases. Thus, joint operation depends on the mechanical strength of phospholipidic interfaces and to obtain very low friction coefficients, velocity accommodation must be done at the level of hydration layers surrounding ions in the aqueous solution. These results would therefore allow better understanding of the evolution of phospholipidic interfaces in joint diseases and of the proper cause/consequence sequence responsible for a joint disease in order to develop more effective, targeted and non prosthetic treatments

La plupart des systèmes mécaniques contiennent des contacts lubrifiés (articulations, roulements, ...) qui sont soumis à des efforts importants. Dans ce travail expérimental, on s’intéresse à l’influence de la rugosité sur la friction dans les régimes de lubrification élastohydrodynamique (EHD), mixte, et limite dans des conditions représentatives des contacts dans un moteur de voiture. Les surfaces utilisées dans ce travail sont principalement des aciers usinés industriellement, revêtus ou non de Diamond-Like Carbon (DLC). La force de friction dans les régimes mixte et limite étant bien plus importante qu’en régime EHD, il est important de pouvoir prédire les transitions d’un régime à l’autre. Le problème est que la rugosité affecte significativement les vitesses de transition entre ces régimes, de telle manière qu’il est difficile de prédire le régime de fonctionnement d’un couple donné de surfaces. Les travaux expérimentaux s’attardant sur ce problème sont rares, et les tentatives théoriques d’inclure l’effet de rugosités aléatoires reposent sur des paramètres difficiles à mesurer à cause de leur grande dépendance vis-à-vis des conditions de filtrage, d’échantillonnage, et de leur non-stationnarité. à partir de nombreuses mesures topograhiques (interférométrie et AFM), une méthode assurant la représentativité des paramètres statistiques de rugosité est donc d’abord mise en œuvre pour caractériser des surfaces dont la rugosité va du nanomètre au micron. Des expériences de Stribeck sont ensuite menées avec ces surfaces afin de corréler leur signature morphologique à leur comportement en friction. La rhéologie sous pression de lubrifiants (poly-α oléfines) est mesurée dans un contact lisse en fonction de la pression et de la température, ce qui permet de prédire quantitativement la friction en régime élastohydrodynamique pour tout couple de surfaces, mais aussi de définir un critère non phénoménologique d’entrée en régime de lubrification mixte. à haute vitesse d’entraînement, la contrainte visqueuse décroît avec le taux de cisaillement ce qui est traditionnellement attribué à un échauffement du lubrifiant. On montre que les effets thermiques ne peuvent expliquer une telle chute et on l’explique par l’étalement du profil de pression dans le convergent, phénomène significatif quand l’épaisseur de lubrifiant devient de l’ordre d’un dixième de la taille du contact. Les résultats montrent que le produit de la viscosité dans le convergent avec la vitesse d’entraînement à la transition mixte-EHD suit une loi de puissance super-linéaire avec la rugosité, tous matériaux confondus, ce qui permet de prédire cette transition en fonction de la rugosité. La transition entre régimes mixte et limite est plus complexe et laisse apparaître un comportement clairement différent entre les contacts DLC/DLC et les contacts mettant en jeu au moins une surface d’acier. Pour les contacts DLC/DLC, la friction en régime limite correspond au cisaillement plastique du lubrifiant, ce qui explique que la rugosité n’affecte pas le frottement limite de ces contacts. Le frottement des contacts acier/acier et acier/DLC est plus important et présente deux évolutions monotones avec la rugosité composite du contact, que nous interprétons grâce à des expériences tribologiques à haut taux de glissement. Finalement, un modèle de portance mixte basé sur la théorie de Greenwood-Williamson est mis en œuvre et permet de reproduire avec une précision honorable les courbes de Stribeck obtenues expérimentalement. En particulier, ce modèle permet de déterminer les conditions d’échantillonnage optimales pour déterminer les propriétés des aspérités
Most mechanical systems include lubricated contacts submitted to important strengths. The present work deals with the influence of surface roughness on friction in the elastohydrodynamic (EHD), mixed and boundary lubrication regimes, with operating conditions that are typically those found in an internal combustion engine. Most of the surfaces used in the experiments are machined steel, with or with a Diamond-Like Carbon (DLC) coating. Given the friction in boundary and mixed lubrication being higher than in EHD lubrication, it is crucial to predict the transitions between these regimes. These strongly depend on surface roughness. There are very few experimental works that deal with this issue, and the theoretical attempts to include the influence of random surface roughness are based on roughness parameters that are difficult to measure because of their dependence towards the sampling conditions and their non-stationarity. Based on numerous topographical surveys (using interferometry and AFM), a method is implemented to ensure the representativeness of roughness statistical parameters in order to characterize a range of surface roughnesses within the interval [0.001 ; 1] μm. Then, these surfaces are rubbed against each other using Stribeck procedures in order to correlate their morphology to their friction behaviour. The high-pressure rheology of poly-α olefins is measured in smooth contacts with respect to the pressure and the temperature. This not only allows to quantify the friction force for any contact operating in EHD lubrication, but also to set a criterion to spot the onset of mixed lubrication. At high entrainment speed, the viscous shear stress vanishes, which is often attributed to shear heating. It is shown that thermal effects can not explain such a drop of friction for our own experiments. However, the widening of the pressure profile — which becomes significant when the film thickness becomes comparable to a tenth the contact length — is more likely to explain this behaviour. Our results show that the product of the inlet viscosity with the entrainment speed, spotted at the mixed-EHD transition, follows a super linear power law with the RMS roughness, whatever the materials involved, which allows to predict whether a contact operate in mixed lubrication or not. The transition from mixed to boundary lubrication reveals material and roughness-dependent with a clearly different behaviour between DLC/DLC contacts and contacts involving at least one steel body. Regarding the DLC/DLC contacts, the boundary friction is due to the plastic shearing of the lubricant, which explains why surface roughness has no influence on boundary friction for these contacts. With Steel/DLC and steel/steel contacts, the boundary friction presents two monotonous trends versus the composite RMS roughness. Eventually, a mixed bearing model based on the Greenwood-Willimason assumptions was implemented and allowed to reproduce quite closely the experimentally obtained Stribeck curves. This implementation indicates in particular the sampling conditions that are optimal to capture relevant asperity parameters

Les garnitures mécaniques sont des composants d'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées de deux surfaces planes annulaires dont le contact est lubrifié par le fluide à étancher.L'opération de recherche « Jointlub » du département D3 de l'institut P' a développé des outils de simulation du comportement des garnitures par des méthodes analytiques, semi analytiques et numériques. En s'appuyant sur ces acquis, l'objectif de cette thèse vise à définir une méthodologie d'analyse préalable permettant l'optimisation de la modélisation du fonctionnement d'une garniture mécanique en fonction de la solution technologique choisie. Ceci consiste à proposer un procédé de choix d'outils de modélisation parmi les principaux types existants.Un ensemble d'indicateurs et de critères est développé afin de déterminer les phénomènes physiques prépondérants lors du fonctionnement d'une garniture dans des conditions données. Le modèle retenu pour la simulation devra prendre en compte les phénomènes identifiés.Des validations expérimentales ont été réalisées pour une garniture mécanique opérant dans différents régimes de fonctionnement. Une étude de l'évolution de la topographie des faces de frottement, du couple de frottement, du débit de fuite et du comportement thermique ont été effectués. Les expériences ont montré que le comportement des garnitures dépend fortement du régime de lubrification : mixte, hydrodynamique ou thermo-élasto-hydrodynamique.Les modèles théoriques ont été comparés aux résultats expérimentaux. Une bonne corrélation est obtenue dans leur domaine de validité, défini à partir des indicateurs. Des écarts plus importants sont observés lorsque les modèles sont utilisés dans des zones où ils ne prennent pas en compte l'ensemble des phénomènes physiques. Cette comparaison a montré que les indicateurs et critères de la méthode de choix proposée sont pertinents et permettent une bonne identification des phénomènes physiques à prendre en compte
Mechanical face seals are sealing components for rotating shafts. It basically consists of two annular flat surfaces lubricated with a very thin film of sealed fluid.The "Seals lubrication" group of the Pprime institute has developed different modeling tools of mechanical face seals behavior by analytical, semi analytical and numerical methods. The objective of this thesis is to define a preliminary methodology to optimize the modeling of the mechanical seal taking into account the seal design. This analysis provides a suggestion of modeling tools among the existing types. A set of indicators and criteria are developed to determine the dominating physical phenomena during the operation of the seal under given conditions. The selected modeling tools should take into account the identified phenomena. Experimental validations were performed for a mechanical seal working in different operating conditions. Studies of the evolution of the friction faces topography, the friction torque, the leakage rate and the thermal effect were carried out. Experiments have shown that the behavior of the mechanical seal strongly depends on the lubrication regime: mixed, hydrodynamic and thermo-elasto-hydrodynamic.Theoretical models were compared with experimental results. A good correlation is obtained into their range of validity defined with preliminary analysis. Larger differences are observed when the models are used in conditions where unconsidered physical phenomena occur. This comparison showed that the indicators and criteria of the proposed method of choice are relevant and allows a good identification of the physical phenomena that should be taken into account

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 films minces de Diamond-Like Carbon sont couramment employés dans les moteurs automobiles. Leur très faible coefficient de frottement et leur haute dureté permettent en effet d’optimiser les performances et la durée de vie des véhicules. Cependant, la plupart des lubrifiants utilisés dans les moteurs sont élaborés pour fonctionner avec des surfaces métalliques. Il est donc envisageable d’améliorer le comportement tribologique de films de DLC en leur conférant un caractère métallique par l’introduction d’éléments dopants en quantité limitée et contrôlée (15 % au maximum) dans la matrice de carbone amorphe. Un réacteur de dépôt industriel muni d’une technologie de dépôt hybride a été utilisé. Celle-ci combine la PECVD pour l’élaboration du DLC hydrogéné à la pulvérisation cathodique magnétron pour le dopage. Quatre éléments ont été introduits à différentes concentrations dans le DLC : aluminium, cuivre, molybdène et niobium. Les propriétés physico-chimiques des dépôts ont été caractérisées par XPS (composition et liaisons chimiques) et spectroscopie Raman (structure). La dureté, le frottement et l’usure à sec et en conditions lubrifiées, ainsi que l’énergie de surface des films ont également été caractérisés. Deux études in situ de tenue des DLC en température ont été conduites par spectroscopie Raman. Par comparaison avec un film de DLC pur, le dopage entraîne une modification de la structure du DLC, et par conséquent une réduction de la dureté des couches. Cependant, excepté dans le cas du cuivre, ceci s’accompagne d’une diminution significative du coefficient de frottement et de l’usure à sec des couches. En revanche, en dépit de ce résultat prometteur, l’impact sur les propriétés tribologiques en milieu lubrifié est plus modéré et fortement lié à la composition du lubrifiant employé. Enfin le transfert industriel du dopage a été étudié et validé dans le cas du dopage à l’aluminium
Diamond-Like Carbon thin films are commonly used in automotive engines. Thanks to their very low friction coefficient and high hardness, it is indeed possible to optimize the performances and the lifetime of vehicles. However, most of the lubricants that are used in engines are designed to be in contact with metallic surfaces. So it might be possible to improve the global tribological behaviour of DLC films by giving them a metallic character. This can be achieved with the introduction of doping elements in limited and controlled amount (maximum 15 at. %) in the amorphous carbon matrix. An industrial scale reactor has been used with a hybrid coating technology combining PECVD for the deposition of hydrogenated DLC and magnetron sputtering for the introduction of the dopants. Four elements have been tested with various amounts in the DLC: aluminium, copper, molybdenum and niobium. The physico-chemical properties of the films have been characterized by XPS (chemical composition and bonding) and Raman spectroscopy (structure). Hardness, friction and wear in both dry and lubricated conditions, and surface energy have also been determined. Two in situ studies under temperature have been conducted by Raman spectroscopy for deposited thin films. Compared to a pure DLC, doping led to a modification of the structure resulting in a decrease in hardness. However, except for copper doping, a significant reduction of friction and wear in dry conditions is observed. Despite this promising result, the impact of doping on lubricated tribological behaviour is limited and strongly dependent on the composition of the lubricant itself. Finally, the industrial transfer of DLC metallic doping has been studied and validated

La fatigue de surface est aujourd'hui la principale cause de défaillances des roulements. Ce type de fatigue peut se développer du simple fait de la rugosité des surfaces mais est exacerbée par la présence de défauts de surface tels que les indents. La gestion de la pollution des lubrifiants, à l'origine de l'indentation des surfaces, est très coûteuse et ne peut être parfaite puisque la pollution est à la fois présente dans les huiles neuves, générée de manière continue par les systèmes lubrifiés et introduite lors des opérations sur le système. En conséquence, les huiles charrient systématiquement des particules d'origines variées qui sont amenées dans les contacts par les systèmes de lubrification. Au passage entre les surfaces, les particules sont écrasées et indentent les surfaces, créant ainsi des défauts qui seront les sites privilégiés d'amorçage de fatigue au cours des cycles de fonctionnement suivants. Ne pouvant se prémunir de l'indentation des surfaces, une bonne compréhension des mécanismes d'indentation et de fatigue sur indent est nécessaire pour garantir la fiabilité des roulements ainsi que pour réduire les coûts liés à leur maintenance. Au cours de cette thèse, un modèle éléments finis « couplé Euler-Lagrange » est développé pour reproduire le processus d’indentation réel des roulements et en étudier les effets. Dans un second temps, la fatigue des surfaces est étudiée par l’emploi de critères de fatigue issus de la littérature dans le cadre d’un contact sec. Enfin, l’effet du lubrifiant est ajouté par la mise en place d’un solveur multigrilles permettant la résolution du problème EHD transitoire
Surface fatigue is currently the main cause of rolling element bearings failures. This type of fatigue can appear due to the presence of surface asperities but is exacerbated by the presence of surface defects such as dents. Handling the contamination of the lubricants that causes the denting of the surfaces is expensive and imperfect since the particles are not only already present in brand new oil but also generated during the operation of the system. Consequently, the lubricant carts particles of various nature into the contact. As they pass through the contact, the particles are crushed and dent the bearing surfaces, creating surface defects that will turn into initiation site for fatigue phenomena. As it is impossible to avoid debris denting, a better understanding of the denting and fatigue mechanisms is required to guarantee the reliability of the components and reduce their maintenance costs. During this PhD, a “coupled Euler-Lagrange” finite element model has been developed to reproduce the realistic debris denting process and study its effects. Then, the surface fatigue of dented surfaces was investigated using fatigue criteria in dry contact conditions. Finally, the effect of the lubricant on the dented surface was introduced using a multigrid solver for the transient EHL problem

Les revêtements de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H) avec incorporation de silicium et d’oxygène (a-C:H:Si:O) sont une catégorie de lubrifiants solides, de la famille des Diamond-Like Carbon (DLC), présentant aussi bien de bonnes propriétés mécaniques que tribologiques et une bonne stabilité thermique. Bien qu’il soit établi que le comportement tribologique de ces couches est moins dépendant de l’environnement que celui des couches a-C:H, sans éléments d’addition, l’origine physicochimique de ce comportement reste à élucider. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre une collaboration internationale entre le Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes de l’Ecole Centrale Lyon et le département de Génie Mécanique et Mécanique Appliquée de l’Université de Pennsylvanie, et a pour objectifs d’apporter des réponses à ces questions ouvertes. Un large éventail de techniques expérimentales complémentaires, notamment la nanoindentation, la microscopie à force atomique (AFM), la microscopie à mesure de force (FFM), la microscopie optique et électronique, le Raman, la spectroscopie de photoélectron X (XPS) et la spectroscopie de structure près du front d’absorption de rayons X (NEXAFS) a été mis en oeuvre pour non seulement établir une carte d’identité mécanique, structurale et chimique du revêtement initial, mais aussi comprendre les modifications structurelles induites par le frottement. Afin de contrôler l’environnement au cours des essais tribologiques, nous avons utilisé d’une part un tribomètre linéaire alternatif, que nous avons équipé d’un système de soufflage de gaz permettant de changer rapidement l’environnent au cours des essais, et d’autre part un tribomètre analytique à environnement contrôlé autorisant des expérimentations tant sous vide poussé qu’à pression élevée de gaz. Ainsi, nous avons pu montrer que le coefficient de frottement augmente avec le taux de vapeur d’eau dans l’environnement et cela est réversible lorsqu’on diminue brusquement l’humidité. En outre, la vapeur d’eau protège la couche de l’usure alors que la présence d’oxygène la favorise. Grace aux observations en microscopie électronique, nous avons pu prouver que le comportement tribologique des couches a- C:H:Si:O, lors d’un frottement contre de l’acier 100Cr6, est essentiellement contrôlé par la formation de jonctions adhésives dans l’interface. Sous vide poussé ou à faible pression de gaz (<1 mbar de vapeur d’eau, <10 mbar d’oxygène ou <50 mbar d’hydrogène), la rupture de ces jonctions adhésives a lieu dans l’acier, résultant en un transfert de matériau de l’acier vers l’a-C:H:Si:O s’accompagnant d’un coefficient de frottement élevé (μ≈1.2). Au delà de ces pressions seuils de gaz, les jonctions adhésives se rompent du côté du a-C:H:Si:O, le transfert de matière s’opérant alors dans la direction opposée, du revêtement vers l’acier. Des analyses NEXAFS ont révélé que ce phénomène s’expliquait par une réaction dissociative entre les éléments du gaz environnant et les liaisons carbone C–C contraintes, favorisée par la sollicitation mécanique en extrême surface de l’a-C:H:Si:O. Ceci résulte en une diminution drastique du coefficient de frottement à des valeurs d’un ordre de grandeur inférieures à celles obtenues dans la configuration précédente. L’ensemble de ces résultats nous a ainsi permis de développer un modèle expérimental expliquant les mécanismes fondamentaux d’interaction entre l’environnement et les lubrifiants solides du type a-C:H:Si:O
Like Carbon (DLC) coatings that exhibit outstanding mechanical properties, thermal stability and tribological performance. It is well established that the frictional and wear performances of a-C:H:Si:O are less dependent on environment than that of pure hydrogenated amorphous carbon (a-C:H). However the fundamental mechanisms accounting for such excellent tribological behavior of a-C:H:Si:O are still not fully understood. The present work, which is part of a collaboration between the Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes of Ecole Centrale de Lyon and the department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics of University of Pennsylvania, consists in using a multi-scale, multidisciplinary and multi-technique experimental approach for understanding the influence of environment on the tribological response of a-C:H:Si:O. A wide rang of complementary techniques, including nanoindentation, Atomic Force Microscopy (AFM), Friction Force Microscopy (FFM), optical and electron microscopy, Raman, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and near edge x-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS), have thus been used to fully characterize the structure, composition and mechanics of the studied material, as deposited as well as after tribological testing. Control of the environment has been achieved first thanks to an open air linear reciprocating tribometer that we equipped with a gas blowing system, thus allowing a quick change of the sliding environment, and a environment-controlled analytical tribometer operating from high vacuum to elevated pressures of desired gases. We were able to evidence the strong influence of the amount of water vapor in the environment on the friction behavior of a- C:H:Si:O, with a reversible behavior when abruptly changing the environment. Contrary to water vapor, oxygen promotes the wear of a-C:H:Si:O. SEM observations revealed that while sliding a-C:H:Si:O against 52100 steel, the frictional response is controlled by the build-up and the release of adhesive junctions within the interface. Under high vacuum and below a threshold pressure of water vapor (1 mbar), oxygen (10 mbar) and hydrogen (50 mbar), adhesive junctions are released in the steel, resulting in a transfer of material from steel to a-C:H:Si:O and in a high coefficient of friction (μ≈1.2). However, as the gas pressure is increased above the threshold, the adhesive junctions break on the a-C:H:Si:O side, leading to a material transfer in the opposite direction, from the a-C:H:Si:O to the steel. NEXAFS spectroscopy revealed that a dissociative reaction occurs between the gaseous species and the strained C–C atoms in the near surface region ofa-C:H:Si:O, thus resulting in a drastic decrease of the steady state coefficient of friction by at least an order of magnitude. In light of these observations, an analytical model has been proposed to describe the fundamental interaction mechanisms between the environment and the a-C:H:Si:O/steel tribopairs

Cela fait environ soixante ans que l'on s'intéresse à la compréhension et à la modélisation du comportement Elastohydrodynamique (EHD) des joints à lèvres. Cependant, on peut considérer que, jusqu'à présent, leur modélisation n'a pas été totalement et rigoureusement traitée. En effet, même si de nombreuses études ont été consacrées à cette modélisation, plusieurs questions ont été soulevées et font toujours l'objet de controverses entre les chercheurs, à savoir l'impact sur les performances des joints à lèvre de l'effet des surfaces texturées de l'arbre, de la loi adoptée pour le comportement mécanique des joints à lèvre, de la démarche utilisée pour l'élaboration de la matrice de compliance (matrice de souplesse), de l'importance de supposer l'arbre lisse ou rugueux, ainsi que la valeur du rapport entre la largeur du contact et la longueur d'onde du défaut suivant la direction circonférentielle de la lèvre.Dans cette thèse, nous avons tenté d'apporter de façon rigoureuse des réponses claires et précises à toutes ces questions en élaborant et en validant un outil de simulation EHD complet pour les joints à lèvre qui tienne compte de presque tous les paramètres, à savoir une loi de comportement du matériau du joint précise, une matrice de souplesse rigoureusement validée et un arbre qui peut être lisse, rugueux et/ou texturé. De plus, un second modèle analytique est proposé. Il traite le comportement vibratoire du "squeeze film", en tenant compte de la non linéarité des caractéristiques intrinsèques du joint et du film
It's about sixty years that we are interested in understanding and modeling the Elastohydrodynamic behavior (EHD) of rotary lip seals. However, we can consider that, until now, their modeling has not been accurately treated. Even though many studies have been devoted to this model, several questions have been raised and are still the subject of controversy among researchers, namely the parameters influencing on the rotary lip seals performance, such as: the shaft surface textured, the law adopted for the mechanical behavior of lip seals, the approach used to develop the matrix of compliance, the importance of assuming the smooth or rough shaft, and finally the ratio between the width of contact and the wavelength according the circumferential direction of the lip roughness.The main goal of this thesis is to answer rigorously these questions by developing and validating a numerical tool for EHD rotary lip seals modeling, that takes into account: the lip law behavior, the compliance matrix rigorously validated by assuming smooth shaft case, or rough and textured shaft case. In addition, an analytical approach is proposed, models the vibratory behavior of the "squeeze film". This implies a nonlinear comportment that is taken into account

Afin d'améliorer l'efficacité des traitements des pathologies articulaires, en tenant compte de leur complexité et de leur ampleur, des études récentes ont mis en évidence le rôle des assemblages lipidiques associés à la structure discontinue du fluide synovial dans le contrôle du fonctionnement tribologique articulaire. Ceci à conduit à la mise au point d'un modèle tribologique ex vivo (thèse AM Sfarghiu, 2006), proposant un " motif élémentaire " de la biolubrification articulaire, constitué de l'empilement d'interfaces phospholipidiques et de couches aqueuses. En utilisant ce modèle, l'objectif de ce travail a été d'étudier l'évolution des interfaces phospholipidiques du fluide synovial en présence de pathologies. Pour ce faire, une méthodologie nano-bio-tribologique alliant des analyses biochimiques, physicochimiques, nano-mécaniques et tribologiques a été utilisée. Les résultats de ces analyses montrent : l'influence de la faible rugosité des surfaces frottantes caractérisant les stades précoces des pathologies et celle des propriétés des interfaces phospholipidiques (liées à la variation de leur composition) sur la résistance mécanique, l'évolution au cours du frottement et la dégradation in situ des assemblages lipidiques des fluides synoviaux pathologiques. Le comportement des assemblages lipidiques est accentué par l'action des enzymes associées aux pathologies. Par conséquent, le fonctionnement articulaire dépend de la résistance mécanique des interfaces phospholipidiques et pour obtenir des coefficients de frottement très bas, l'accommodation de vitesse doit s'effectuer au niveau des couches d'hydratation qui entourent les ions présents dans la couche aqueuse. Ces résultats permettront de comprendre à court terme l'évolution des interfaces phospholipidiques dans les pathologies articulaires et, à plus long terme le bon enchaînement cause/conséquence responsable d'une pathologie articulaire afin de développer des traitements plus efficaces, ciblés et non prothétiques.

Dans l’industrie, les fabricants tendent à limiter la lubrification conventionnelle lors de l’usinage et s’orientent de plus en plus vers la microlubrification (MQL : Minimum Quantity Lubrication) pour des raisons économiques, écologiques et pour respecter la santé des opérateurs. Une très faible quantité de lubrifiant de faible pression nécessite une conception optimale des canaux internes de l’outil afin de limiter les pertes de charges et avoir les avantages de la microlubrification. Premièrement, une revue bibliographique introduit l’étude en présentant les avantages qu’induit le passage à la microlubrification. Par la suite, quelques conceptions d’outils avec une lubrification interne qui vise la face de coupe ou la face de dépouille de la plaquette sont passées en revue
In machining industry, manufacturers tend to limit conventional lubrication and are moving increasingly towards Minimum Quantity Lubrication (MQL) for economic and ecological reasons, and with a view to safeguarding operator health and safety. A very small amount of lubricant at low pressure requires optimized design of the tools internal channels in order to minimize pressure drops and gain benefit from MQL. First, a literature review introduces the study by presenting the benefits induced by switching to MQL. Thereafter, some tool designs with internal lubrication for rake face or flank face lubrication are presented