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Cours de Lubrification Ce cours reprend en les modifiant et parfois en les simp

Cours de Lubrification Ce cours reprend en les modifiant et parfois en les simplifiant quelques−uns des chapitres de l' ouvrage suivant : « Lubrification hydrodynamique : paliers et butées » parJean Frêne, Daniel Nicolas, Bernard Degueurce, Daniel Berthe et Maurice Godet, collection de la Direction des Etudes et recherches d'Electricité de France, N° 72, 1990, Editons Eyrolles. Chapitre 1 Histoire de la tribologie (Jean Frène de l'Université de Poitiers) Chapitre 2 Huiles lubrifiantes (Jean Frène de l'Université de Poitiers) Chapitre 3 Equation de Reynolds (Jean Frène de l'Université de Poitiers) Chapitre 4 Cas élémentaires (Jean Frène de l'Université de Poitiers) Chapitre 5 Butées hydrodynamiques (Jean Frène de l'Université de Poitiers) Chapitre 6 Paliers hydrodynamiques (Jean Frène de l'Université de Poitiers) Chapitre 7 Butées et paliers hydrostatiques (Jean Frène de l'Université de Poitiers) Chapitre 8 Aspects technologiques (Jean Frène de l'Université de Poitiers) Annexe Différents types de lubrification (Jean Frène de l'Université de Poitiers) 1 CHAPITRE 1 HISTOIRE DE LA TRIBOLOGIE Le nom tribologie, créé en 1966, vient du Grec "" Tribein : frotter, et "oo" logos : parole, étude ou science ; ainsi la tribologie est l'étude ou la science, du frottement. Plus généralement la tribologie regroupe l'étude de 1a lubrification, du frottement et de l'usure des éléments de machine. Il faut tout d'abord remarquer que le frottement ne présente pas que des aspects négatifs, ainsi la tenue de route d'une automobile dépend directement du frottement entre les pneumatiques et la route. De même sans l'existence du frottement, l'homme serait incapable de marcher. Enfin, si l'homme a appris à maîtriser le feu, il y a plus de 100000 ans, c'est en faisant frotter un morceau de bois dur à l'intérieur d'un morceau de bois tendre. Cependant, dès la construction des premiers mécanismes, l'homme a cherché à supprimer l'usure et à diminuer le frottement pour réduire les efforts. Pour préciser l'ampleur du problème on peut citer le cas des automobiles actuelles pour lesquelles plus du quart de la puissance indiquée du moteur est perdue en frottement dans le moteur et dans la transmission. 1 - LA PERIODE PREHISTORIQUE Les premiers paliers fabriqués par l'homme sont sans doute les crapaudines de porte qui consistaient en un axe en bois tournant à l'intérieur d'un creux pratiqué dans du bois ou dans une pierre. Des éléments en pierre datés de 2500 ans avant J. C. ont ainsi été retrouvés en Mésopotamie (fig. 1). De même, la fabrication des poteries a conduit très tôt, vers 4000 ans avant J. C. à la réalisation des tours de potier qui comportaient un pivot ; ce pivot pouvait être en bois, en pierre ou même en terre cuite. Ainsi, un pivot de tour en pierre, daté de 2000 ans avant J. C., a été retrouvé à Jéricho. Ces pivots étaient sans doute lubrifiés à l'aide soit de bitume soit de graisse animale. Fig. 1 : Crapaudine de porte, Mésopotamie 2500 ans avant J. C. [1]. * La première version de ce texte a été publiée dans le bulletin de l’Union des Physiciens n° 689, pp. 1531-1560 en 1986. Une deuxième version a fait l'objet du premier chapitre de l'ouvrage "Lubrification hydrodynamique- Paliers et Butées" par J. Frêne et al, publié aux Editions Eyrolles en 1990 dans la collection des Etudes et Recherches de Electricité de France, ouvrage traduit en anglais et publié par Elsevier en 1997. La version actuelle a été publiée dans Mécanique et Industrie, Elsevier, Vol. 2, pp 263-282, 2001. Deux livres nous ont été particulièrement utiles pour la rédaction de cet article. Le premier sans lequel nous n’aurions pas pû faire cet exposé est le livre de Duncan Dowson : « History of Tribology »[3]. Le second livre est de Bertrand Gilles : « Histoire des techniques »[17]. Dans le domaine des transports, la roue, et donc le chariot, ont été inventés vers 4000 ans avant J. C.. Les roues en bois étaient pleines et parfois formées de plusieurs morceaux assemblés entre eux. Plus tard, leur périphérie a été cloutée pour réduire l'usure. Enfin, la roue à rayons est apparue vers 2000 ans avant J. C. ; elle comportait tout d'abord 4 puis 6 ou 8 rayons, ce qui la renforçait considérablement. Les chariots montés sur roues ne permettaient pas le transport de lourdes charges ; pour cela, l'homme a utilisé des rouleaux de bois intercallés entre une piste en bois formée de gros troncs d'arbres équarris et l'objet à transporter. La démonstration de ce procédé a été réalisée en 1979 sur le plateau d'Exoudun près de Saint-Maixent (Deux-Sèvres) sous la direction de J. P. Mohen, conservateur du musée de Saint-Germain-en-Laye. La figure 2 montre une photographie de cette démonstration pendant laquelle 170 hommes ont déplacé sur plusieurs centaines de mètres la copie en béton d'une table de dolmen de 32 tonnes. Par ailleurs, un bas-relief assyrien à Kouyunjik, datant de 700 ans avant J. C., montre clairement l'emploi de rouleaux en bois pour déplacer une statue (fig. 3). Ce type de procédé connu depuis plus de 5000 ans permet de réduire le frottement en remplaçant le frottement de glissement par le frottement de roulement généralement plus faible. Fig. 2 : Reconstitution du transport d'un dolmen, plateau de Bougon, Exoudun, Deux-Sèvres, 1979 (doc. NOUVELLE RÉPUBLIQUE). Pour transporter les lourdes charges, les Egyptiens faisaient glisser celles-ci sur des chemins réalisés sans doute en bois, et lubrifiés abondamment à l'avant de l'objet à déplacer. Plusieurs bas-reliefs montrent cette méthode de transport. Le plus ancien provient de la tombe de Saqqara et date de 2400 ans avant J. C. et montre le déplacement de la statue de Ti. On voit très clairement un homme placé devant la statue et versant du liquide, sans doute de l'eau ou de l'huile, pour faciliter le glissement ; c'est le premier exemple connu de la lubrification. Un autre bas-relief daté de 1880 ans avant J. C., et provenant de la tombe de Tchuti Hetep à El Bersheh montre le même procédé de transport (fig. 4). Cependant l'homme qui verse de l'eau est maintenant sur le piédestal de la statue et non plus devant où il risquait de se faire écraser ; l'importance de la lubrification est ainsi reconnue. La roue existait évidemment à la même époque en Egypte mais le chariot n'était utilisé que pour le transport des objets légers ou pour la guerre ; il semble que vers 1400 ans avant J. C., la graisse de mouton ou de bœuf ait été utilisée pour lubrifier les paliers des roues de chariots. Fig. 3 : Bas-relief restauré à Kouyunjik, Assyrie, 700 avant J. C. [2]. Fig. 4 : Transport de statue, tombe de Tchuti Hetep, El-Bersheh, Egypte, 1880 avant J. C. [3] La roue à rayons est apparue aux Indes vers 2500 ans avant J. C. et en Chine vers 1500 ans avant J. C. La copie d'un chariot chinois à roues cerclées de fer et datant de 255 ans avant J. C. est présentée fig. 5. Ce chariot très particulier comporte une statue dont la rotation est reliée au mouvement des roues par l'intermédiaire de 2 trains d'engrenages et d'un différentiel. L'écartement entre les roues est égal au diamètre des roues et le rapport de transmission des 2 trains d'engrenages est égal à 1. Ainsi, quel que soit le chemin parcouru par le chariot, sur un sol plat, le bras de la statue reste constamment pointé dans la même direction (le sud), sous réserve qu'il y ait roulement sans glissement entre les roues et le sol. Ce chariot était sans doute utilisé par les Chinois pour s'orienter lors de la traversée du désert de Gobi. Fig. 5 : Chariot chinois utilisé pour s'orienter, 255 avant J. C. [3]. 2 - LA PÉRIODE GRECQUE ET ROMAINE Les Grecs et les Romains ont développé l’usage de la roue ; ils connaissaient l'emploi des huiles végétales et animales comme lubrifiant ainsi que celui du bitume et des huiles de pétrole. Par ailleurs, les Grecs ont inventé l'engrenage ; la vis serait due à Archytas et Aristote, Archimède et d'autres auteurs moins connus décrivent le principe de différents engrenages. De même Heron d'Alexandrie utilise l'arbre à came. En fait, les Grecs disposaient de tous les éléments nécessaires aux grands progrès techniques sauf le système bielle manivelle inventé au XIVe siècle. Cependant il n'y eut pas réellement de développement du machinisme pour différentes raisons dont les principales sont sans doute le manque de bois et d'énergie hydraulique, les problèmes de transport liés à un réseau routier insuffisant, l'existence de l'esclavage et surtout une forme de pensée qui ne reconnaît que le raisonnement pur et la démonstration rigoureuse et ne laisse pas de place à la logique expérimentale. Les Romains ont utilisé et développé les techniques mises au point par les Grecs. Des progrès importants ont été réalisés pour produire l'huile d'olive et pour moudre le blé, ainsi les moulins à eau ont été utilisés vers 120 ans avant J. C.. Un exemple intéressant est le Trapetum dont plusieurs exemplaires ont été retrouvés dans les fouilles d'Olyntha uploads/Litterature/cours-lubrif.pdf