Fuite monophasique au travers d'un contact rugueux : contribution à l'étude de l'étanchéité statique

par Christophe Marie

Thèse de doctorat en Sciences physiques et de l'ingénieur. Mécanique

Sous la direction de Geneviève Inglebert et de Didier Lasseux.

Soutenue en 2002

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) .

Le président du jury était Jean Frêne.

Le jury était composé de Michel Combarnous.

Les rapporteurs étaient Michel Quintard, Jean-François Thovert.

mots clés

• Étanchéité
• Fluides, Dynamique des
• Navier-Stokes, Équations de

Résumé

Dans de nombreuses applications industrielles, notamment spatiales et nucléaires, les étanchéités statiques, sous conditions thermodynamiques sévères, sont assurées par des joints métalliques revêtus. L'étanchéité de la liaison vis-à-vis d'un fluide dépend alors de différents paramètres, comme le serrage du contact joint/bride, ou les propriétés physiques du fluide, ses conditions thermodynamiques,. . . Ce travail concerne l'écoulement d'un fluide, sous l'effet d'un gradient de pression, au travers d'un contact rugueux formé par deux surfaces métalliques usinées, serrées l'une contre l'autre. Le champ des ouvertures résultant constitue le domaine d'étude de l'écoulement du fluide. Deux approches parallèles ont été suivies La première, expérimentale, a nécessité la conception d'un dispositif de mesure original, permettant de quantifier un débit de fuite au travers d'un contact rugueux, par analyse chromatographique en phase gazeuse. Les résultats de mesures de fuite, en fonction du serrage appliqué, sont présentés et discutés en terme de perméabilité (ou transmissivité) du contact. La deuxième approche est une modélisation de l'écoulement au travers du contact, à partir de la connaissance du champ des ouvertures. Le contact sous charge est simulé au moyen de différents modèles de déformations. Un calcul d'écoulement, basé sur une technique de changement d'échelle par prise de moyenne volumique à partir de l'équation de Reynolds (ou de Stokes) à l'échelle des rugosités est effectué, et les simulations sont comparées aux résultats expérimentaux. Cette comparaison met en évidence la nécessité de compléter la description microscopique des surfaces en y adjoignant celle des défauts à des échelles supérieures (défauts de forme). Avec cette dernière description, la simulation rend compte de manière satisfaisante du comporteme

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