Mise en évidence et simulation de l’endommagement des revêtements de carbone amorphe pour application moteur à combustion interne

par Geoffrey Pagnoux

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Michaël Peigney.

Soutenue le 23-09-2015

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire Navier (Paris-Est) (laboratoire) et de Laboratoire Navier / NAVIER UMR 8205 (laboratoire) .

Le président du jury était Claude Stolz.

Le jury était composé de Michaël Peigney, Siegfried Fouvry, Benoit Delattre, Kenneth Holmberg.

Les rapporteurs étaient Cécile Langlade, Daniel Nélias.

mots clés

• Dlc
• Usure
• Endommagement
• Modèle numérique
• Loi d'usure
• Éléments finis
• Éléments finis, Méthode des
• Moteurs à combustion interne
• Usure (mécanique)
• Tribologie (technologie)

Résumé

L'exploitation de revêtements micrométriques à base de carbone amorphe (les DLC) tend à se généraliser au sein des constructeurs automobiles afin d'améliorer le rendement des moteurs à combustion interne en réduisant les pertes mécaniques par frottement. Si ces revêtements exhibent généralement d'excellentes propriétés tribologiques et de très faibles taux d'usure, leur utilisation au sein des moteurs à combustion interne révèle que, soumis à des sollicitations complexes, de nombreux modes de dégradations sont observables. La propagation prématurée de ces dégradations sur l'intégralité des surfaces revêtues constitue un risque à maîtriser pour garantir la fonction des revêtements dans le temps. Cette maîtrise implique d'une part de connaître et de comprendre les mécanismes de dégradations probables des DLC appliqués aux composants du moteur et d'autre part de disposer d'outils de simulation de leur durée de vie, exploitables pour optimiser les systèmes tribologiques au plus tôt de leur conception. Les travaux présentés dans cette thèse ont été guidés par ces objectifs et rassemblent des expertises de composants revêtus, des développements d'analyses numériques, de protocoles d'essais simplifiés et des recherches de couplages entre modes de dégradations. Autant d'éléments qui permettent de répondre en partie aux questions initialement posées et de proposer, au final, un outil de simulation de durée de vie des DLC adapté aux applications moteur à combustion interne

mots clés

• Dlc
• Wear
• Damage
• Numerical model
• Wear law
• Finite element

Titre traduit

DLC damage identification and simulation for internal combustion engine application

Résumé

The use of micrometric diamond-like carbon coatings (named DLC) are becoming widely used by automotive manufacturers in order to improve the efficiency of internal combustion engines by reducing the mechanical friction losses. Although DLC coatings generally exhibit excellent tribological properties and very low wear rates, their use in internal combustion engines shows that, subject to complex loadings, many degradation modes are observable. Untimely propagation of these latter upon the entire coated surfaces is a risk to control in order to guarantee the coating function over time. From one hand, this control implies to know and to understand all DLC degradation mechanisms when applied to engine components. On the other hand, it is necessary to possess lifetime simulation tools that can be used to optimize tribological systems in their early design. The work presented in this thesis has been guided by these goals and gathers experimental analyses of DLC-coated components, numerical analyzes, simplified testing protocols and coupling analyses of degradation processes. All these topics finally lead to the definition of a lifetime simulation tool adapted to DLC coated internal combustion engine applications