Frottement des mousses : l'échelle mésoscopique du frottement

Dynamics of friction : the model of solid foams

• Auteur / Autrice : Cyprien Poirier
• Direction : Antoine Chateauminois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie
• Date : Soutenance le 19/03/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et ingénierie de la matière molle (Paris ; 1997-....) - Sciences et ingénierie de la matière molle (Paris ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Roman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Chateauminois, Benoît Roman, Juliette Cayer-Barrioz, Fabien Amiot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juliette Cayer-Barrioz, Fabien Amiot

Mots clés

Mots clés libres

Friction

Mousses solides

Accrochage/décrochage

Statistiques

Friction

Solid foams

Pinning/depinning

Statistics

Résumé

La description physique du frottement reste encore un sujet largement ouvert. Une des difficultés du problème est d’obtenir des informations sur les mécanismes dissipatifs mis en jeu à l’interface. Ceux-ci se déroulent généralement à des échelles spatiales et temporelles inaccessibles à l’observation (interactions entre micro-aspérités de surfaces rugueuses, adsorption/désorption de molécules à l’interface, etc…).Dans le cadre de ce projet, l’objectif est de contourner ces difficultés en nous intéressant à un système mésoscopique modèle, la mousse d’élastomère. Ces mousses présentent à leur surface des structures hétérogènes faites de brins et de boucles capables de s’enchevêtrer, selon un mécanisme semblable à celui à l’œuvre dans le Velcro. Nous avons montré que ces enchevêtrements produisent une augmentation sensible du frottement, par l’intermédiaire d’événements locaux d’accrochage/décrochage que l’on peut ici mesurer individuellement. Des résultats préliminaires confirment ainsi l’importance de ces contributions locales instationnaires à la force de frottement.Le travail proposé repose sur des expériences de frottement où les mesures des forces et de leur dynamique seront associées à des techniques d’imagerie et d’analyse d’images permettant de mesurer les déplacements locaux associés aux mécanismes d’accrochage/décrochage des brins. Les résultats expérimentaux nous permettront de développer un modèle théorique décrivant sur des bases statistiques les relations entre les mécanismes d’accrochage des sous-structures et le comportement mécanique d’interfaces frottantes. A partir de ce travail de compréhension des mécanismes fondamentaux contrôlant le frottement, on peut envisager de concevoir et de réaliser des surfaces aux propriétés de frottement contrôlées par diverses techniques de microfabrication (lithographie, imprimante 3D…).

Friction remains a challenging issue. The key reason for the limitations encountered by experimental physicists is a lack of information at short time/space scales, where most of the dissipation occurs, and which is believed to drive the macroscopic behaviour.This PhD project offers to unlock some of these points by means of a novel model system: elastomeric foams with cells and dangling struts at the foam interfaces. Indeed, our preliminary results indicate that elastomeric foams exhibit remarkable friction properties, mainly due to the entanglement of the cells. In steady state, a “Velcro-like” or hook and loop effect arises, continuously causing a dissipation which contributes to the friction force.From this, the objective is to link the statistics of the now-sizable pinning/depinning events across the sliding interface to the force fluctuations measured macroscopically. We will develop a physical description of the friction process.From the knowledge gained on the interplay between the texture of solid surfaces and macroscopic frictional behaviour, we will design new architectured materials with controlled frictional properties.