L’eau sous forme dissoute, émulsifiée ou libre est l’une des contaminants les plus nocifs pour les huiles lubrifiantes. Sa concentration élevée dans les lubrifiants conduit à la dégradation et à la corrosion des ces derniers ainsi qu’à une usure excessive et un endommagement des surfaces métalliques lubrifiées. Vu les effets destructifs de la présence de l’eau dans les huiles lubrifiantes, le contrôle de leur teneur en eau semble indispensable afin de prolonger simultanément la durée de vie des lubrifiants et celle des machines. L’objectif de cette étude est de contrôler et réduire le contenu en eau des huiles lubrifiantes via des techniques d’adsorption ; techniques assez efficaces et écologiques pour remplacer la méthode traditionnelle de distillation. Afin de réaliser ce but, des matériaux microporeux et hydrophiles ont été choisis et préparés dans les buts de i) piéger l’eau au cours de la purification des huiles et ii) contrôler la quantité d’eau et le degré de dégradation durant le processus d’oxydation des huiles, ceci en utilisant les matériaux microporeux en tant qu’additifs. L’étude consiste premièrement en une sélection, une synthèse et une caractérisation des capacités de sorption d’eau de plusieurs matériaux microporeux, hydrophiles et de tailles nanométriques. D’abord, une synthèse écologique de tamis moléculaires de tailles nanométriques par chauffage aux micro-ondes a été développée. Cette méthode permet la réutilisation des réactifs non réagis réduisant ainsi, voire éliminant, les déchets résultant de la synthèse. Par conséquent, des rendements raisonnables de matériaux microporeux nanocristallins sont produits avec un coût et une toxicité remarquablement réduits. De plus, l’utilisation des irradiations micro-ondes permet la préparation de nanocristaux de matériaux microporeux en quelques minutes lorsque la synthèse par voie hydrothermale nécessite quelques jours. Ceci rend la synthèse fiable de point de vue économique et environnemental. Ensuite, une préparation de nanocristaux d’aluminophosphates en présence d’un liquide ionique a été reportée. Le liquide ionique joue un rôle double : en tant qu’agent permettant le remplissage des pores des matériaux synthétisés et en tant que solvant. Egalement, le liquide ionique n’ayant pas réagi est récupéré à la fin de la synthèse pour être réutilisé avec d’autres lots. Pour la vi préparation de cristaux nanométriques d’aluminosilicates, ayant une teneur importante en aluminium, des synthèses ont eu lieu à partir de systèmes ne contenant pas de structurants organiques, à basse températures (30-50 °C) et à faibles durées de synthèse (1-3 jours). La totalité des matériaux obtenus présentent de volumes poreux importants et une grande capacité d’eau répondant aux exigences de bons adsorbants hydrophiles. Dans le but d’augmenter la durée de vie des lubrifiants, un éco-recyclage de différentes huiles minérales et végétales a été mis en évidence par une adsorption sélective d’eau sur les nanocristaux de matériaux microporeux. [...] / Water in solution, emulsion and separate form is one of the most harmful contaminants in lubricant oils. The high concentration of water in lubricants leads to oil degradation, corrosion, excessive wear and premature failure of lubricated metal surfaces. As water has such destructive effects on lubricants, a special attention to the control of the water level has to be paid in order to prolong the lifetime of both lubricants and machinery. The aim of this work is to control and reduce the water content in lubricant oils using adsorption technique as an effective and green alternative to replace the traditional distillation method. In order to achieve this goal, microporous materials with hydrophilic properties were selected and prepared to (i) capture the water during static oil purification and (ii) apply as additives to control the water level and degradation during the oxidation process of lubricating oils. The study starts with the selection, synthesis and characterization of water sorption behavior of several hydrophilic microporous materials with nanosized dimensions. Additionally, an environmentally benign synthesis of the nanosized molecular sieves by microwave heating involving an efficient re-utilization of nonreacted materials has been developed, resulting in decrease and almost no related wastes. Thus the quantity of expensive and toxic chemicals is reduced. This approach results in a reasonable crystalline yield of the nanomaterials, while the production cost is remarkably lowered. In addition, the use of microwave irradiation leads to a preparation of nanocrystalline material within several minutes instead of days compared to conventional heating, which makes the process economically viable and environmentally benign. Additionally, the preparation of discrete nanosized aluminophosphate crystals by an ionic liquid mediated approach is reported. The ionic liquid has a dual function, as pore filling agent and solvent. In addition, the non-reacted ionic liquid after the syntheses are recovered and reused for several batches. For the preparation of aluminosilicates, template-free syntheses of nanosized aluminosilicate crystals with high Al content have been carried out. They were synthesized at low temperature (30-50 °C) for short time (1- ix 3 days). All resulting materials have high pore volume and high water capacity, which meet the expected requirements for highly hydrophilic sorbents. Eco-recycling of mineral and vegetable oils for an increase of lubricant lifetime by selective adsorption of water using the microporous nanocrystals was carried out. The oils were oxidized and purified with the molecular sieves. The processes of oxidation and purification of the two types of oil is followed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), atomic absorption spectroscopy (AAS), Karl Fischer (KF) titration, thermogravimetry analysis (TGA) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). In addition, FT-IR combined with a solvent (dimethyl sulfoxide, DMSO) extraction method is used to quantify the water content in lubricant oils, which rivals the accuracy of the classical KF titration; it is deemed to be an alternative analytical method for water content determination. The influence of treatment parameters including zeolite type, crystal size, temperature, sorbent loading and treatment time on the purification process of oxidized oil was studied. In addition, the hydrophilic microporous materials were applied as additives for controlling the water content and inhibiting the oxidation of oil. It is found that aluminosilicates control the water content and inhibit the oil degradation better at elevated temperatures, while aluminophosphates have an improved performance at mild conditions (< 90?C). Moreover, the oxidative stabilities of vegetable oils in the presence of the microporous additives are related to their poly-unsaturation contents. [...]

L'objectif du travail présenté est d'une part, de mieux comprendre le phénomène d'indentation des surfaces et d'autre part, d'évaluer la fatigue de surface liée à ce type de défaut. L'indentation des surfaces est le sujet de la première partie principalement expérimentale. Un dispositif original, associé à une machine à galets, permettant d'imposer un niveau contrôlé de pollution a été construit et validé. Nous avons tout d'abord étudié la probabilité de passage d'une particule solide dans un contact EHD et décrit les mécanismes d'indentation. L'influence de la nature du polluant et des conditions de fonctionnement (charge, vitesse de roulement et taux de glissement) a fait l'objet d'une attention particulière sur le nombre, la taille et la forme des indents observés. Dans une seconde partie, les conséquences de l'indentation sur la durée de vie du contact sont analysées à la fois d'un point de vue théorique et expérimental. Il s'agissait (i) d'identifier les mécanismes d'endommagement dont les indents sont à l'origine, (ii) de prédire les sites d'amorçage et (iii) d'évaluer l'importance de la géométrie de l'indent et des conditions de fonctionnement dans le processus d'endommagement. Ce travail s'est appuyé sur des codes de calcul existants. Les résultats de ces simulations numériques ont été confrontés aux résultats expérimentaux. Une bonne corrélation est notée pour ce qui concerne les sites d'amorçage. Ce travail constitue une première étape pour la prédiction des effets des polluants solides contenus dans les lubrifiants sur la durée de vie des surfaces des mécanismes.

Les tendances actuelles en lubrification visent à réduire la quantité d’huile dans les mécanismes. En conséquence l’épaisseur de film dans les zones de contact est réduite à l’échelle du nanomètre, et peu de molécules de lubrifiant assurent la séparation des surfaces. Des simulations basées sur la méthode de la Dynamique Moléculaire sont utilisées pour étudier le comportement de ces films sévèrement confinés à l’échelle des atomes. Une attention particulière est portée sur le phénomène de glissement aux parois : des lois analytiques sont formulées pour quantifier et prédire cet effet en fonction du couple surface-fluide ou des conditions opératoires locales dans un contact. Ensuite, un couplage entre les modèles moléculaires et macroscopiques est effectué. Les équations classiques de la lubrification sont modifiées pour inclure les effets de glissement quantifiés précédemment. Il est montré que l’épaisseur de film au centre d’un contact et le frottement sont modifiés de façon significative. Enfin, la problématique de réduction de la quantité de lubrifiant est poussée à ses limites jusqu’à atteindre la rupture du film et le contact direct entre solides. Une analyse à l’échelle moléculaire de ce processus permet de faire le lien entre la disposition des dernières molécules séparant les surfaces et le comportement tribologique local. / The modern trends in lubrication aim at reducing the oil quantity in tribological applications. As a consequence, the film thickness in the contact zone decreases significantly and can reach the order of magnitude of a few nanometres. Hence, the surface separation is ensured by very few lubricant molecules. Atomistic simulations based on the Molecular Dynamics method are used to analyze the local behavior of these severely confined films. A particular attention is paid to the occurrence of wall slip: predictive models and analytical laws are formulated to quantify and predict this phenomenon as a function of the surface-lubricant pair or the local operating conditions in a contact interface. Then, the coupling between Molecular Dynamics simulations and macroscopic models is explored. The classical lubrication theory is modified to include slip effects characterized previously. This approach is employed to study an entire contact featuring a nano-confined lubricant in its center, showing a severe modification of the film thickness and friction. Finally, the lubricant quantity reduction is pushed to the limits up to the occurrence of local film breakdown and direct surface contact. In this scenario, atomistic simulations allow to understand the relationship between the configuration of the last fluid molecules in the contact and the local tribological behavior.

Ces travaux de thèse portent sur l’élaboration et la caractérisation de revêtements sol-gel composites ≪ CSG ≫ sur acier inoxydable austénitique AISI 304. L’objectif de la thèse était de mettre au point le procédé d'élaboration et d'étudier les propriétés mécaniques et le comportement tribologique des revêtements. La première partie expérimentale présente l’optimisation des conditions de synthèse d’un sol d’alumine stable et l’influence du traitement thermique du gel sur les propriétés physico-chimiques et thermostructurales. Les paramètres étudiés sont : La stabilité chimique du sol et les conditions de traitement thermique (température et temps). Différentes techniques de caractérisations ont été utilisées pour l'optimisation des paramètres d'élaboration (rhéométrie, ATD/ATG, dilatométrie, DRX, MET, pynométrie hélium). Un dopage au nitrate de fer a permis d'améliorer les conditions de frittage de l'alumine sol-gel grâce à la formation d'une solution solide (Al,Fe)2O3. Cela reste cependant insuffisant pour une application du revêtement sur le substrat acier. La seconde partie concerne l’élaboration et la caractérisation mécanique de revêtements sol-gel composites ≪ CSG ≫ charges de particules d’α-Al2O3 et de h-BN. Ce procédé a permis d'obtenir par dip-coating des dépôts monocouches de 8,5 micromètres environ avec des taux de charge de 90% volumique. Cependant, un tel taux de charge provoque la création d’une porosité importante. Les couches CSG traitées thermiquement à 750°C ont par la suite été caractérisées mécaniquement par indentation instrumentée. Les résultats obtenus ont montré une trop faible dureté des couches pour pouvoir améliorer la résistance à l'usure. La dernière partie de la thèse concerne le renforcement des revêtements CSG après traitement à l'acide phosphorique et traitement thermique à 400°C. La formation de liaisons phosphates entre les grains d'alumine renforce l'architecture du composite qui est note CB-CSG ≪ Chemically Bonded Composite Sol-Gel ≫. Des essais d'indentation instrumentée montrent, pour des revêtements CB-CSG charges d’alumine, une amélioration de la dureté par rapport au substrat en acier. Des essais de frottements secs en configuration bille sur plan montrent une augmentation de la résistance aux frottements secs d’un facteur 5 et une diminution du coefficient de frottement par rapport au substrat. L’influence du nitrure de bore hexagonal dans les couches CB-CSG en plus de l'alumine a été étudiée en particulier en ce qui concerne les propriétés mécaniques et tribologiques. / This thesis focuses on the elaboration and the characterization of composite sol-gel coatings “CSG” on austenitic stainless steelAISI 304. The aim of the thesis is to develop the process and to study the mechanical properties and tribological behavior of thecoatings. The first experimental part presents the optimization of the synthesis conditions of a stable alumina sol and the influence of the thermal treatment of the gel on the physic-chemical and thermostructural properties. The studied parameters are: The chemical stability of the sol and the thermal treatment conditions (temperature and time). Various characterization techniques are used in order to optimize the elaboration parameters (rheometry, DTA / TGA, dilatometry, XRD, TEM, helium pycnometry). A Doping with iron nitrate has improved the sintering conditions of the sol-gel alumina through the formation of a solid solution (Al,Fe)2O3. However, this remains insufficient for an application of the coating on the steel substrate. The second part concerns the elaboration and the mechanical characterization of composite sol-gel coatings "CSG" filled with particles of α-Al2O3 and h-BN. This process enables the deposition by dip coating of monolayer coatings of 8.5 micrometers thickness with fill rate of 90% by volume. However, such filler content produces a high porosity. The CSG layers thermally treated at 750°C have been mechanically characterized by instrumented indentation. The results shown to low hardnesses in order to improve the wear resistance. The last part of the work presents the strengthening of CSG coatings with a treatment with phosphoric acid followed by a thermal treatment at 400°C. The formation of phosphate bonds between the alumina grains enhances the architecture of the composite which is denoted CB-CSG "Chemically Bonded Composite Sol-Gel". Instrumented indentation tests show, for CBCSG coatings filled with alumina, an improvement of hardness compared to the steel substrate. Dry friction tests, with ball on disc configuration, show an increase of resistance to dry friction by a factor of 5 and a decrease of the coefficient of friction relatively to the substrate. The influence of the hexagonal boron nitride and of the alumina in the CB-CSG layers on the mechanical and the tribological properties are particularly studied.

Les contraintes économiques et environnementales toujours plus exigeantes tendent à réduire la quantité de lubrifiant utilisée dans les systèmes mécaniques. Il en résulte des épaisseurs de film de l’ordre du nanomètre dans les zones de contact, laissant seulement quelques couches de molécules de lubrifiant pour assurer la séparation des surfaces. Pour relever ce défi, de nouveaux fluides sont à l’étude tels que les liquides ioniques qui présentent un formidable potentiel en tant que lubrifiants. Grâce à la Dynamique Moléculaire, la réponse rhéologique d’un liquide ionique à différentes sollicitations de température, pression et cisaillement est tout d’abord caractérisée en détail. Avec l’appui d’essais expérimentaux, l’aptitude du liquide ionique à lubrifier des films minces est confirmée. Cette étude a également permis de jeter un nouveau regard sur les modèles analytiques classiques utilisés en rhéologie. Le liquide ionique en situation de nano-confinement entre deux surfaces représentatives d’un contact acier-acier est ensuite étudié. Les effets combinés du glissement à la paroi, de la rhéofluidification et de l’élévation de température apportent des éléments de réponse pour expliquer la saturation de la contrainte de cisaillement aux fortes sollicitations. Enfin, l’influence de différents revêtements de surface limitant grandement le frottement est analysée. Selon le matériau utilisé, des régimes de lubrification très différents surviennent avec un glissement du fluide à la paroi parfois prédominant. L’utilisation de surfaces polaires impacte également fortement la réponse des contacts lubrifiés par un liquide ionique. / Increasing economic and environmental constraints tend to reduce the amount of lubricant used in mechanical systems. This results in nanometric film thicknesses in the contact areas, leaving only a few layers of lubricant molecules to ensure the separation of the surfaces. To meet this challenge, new fluids are being considered such as ionic liquids which feature a great potential as lubricants. Through Molecular Dynamics simulations, the rheological response of an ionic liquid to different conditions of temperature, shear and pressure is first characterized in detail. The ability of the ionic liquid to lubricate thin films is confirmed. Besides, this study goes back over the classic analytical models used in rheology. The ionic liquid is then nanoconfined between two representative surfaces of a steel-steel contact. The combined effects of wall slip, shear-thinning and temperature rise provide answers to explain the saturation of the shear stress. Finally, the influence of different low friction surface coatings is analyzed. According to the material used, very different dynamical behaviors occur. Moreover, it is shown that the use of polar surfaces significantly impacts the response of ionic liquid lubricated contacts.

La réduction de la consommation en carburant des voitures est une préoccupation importante. L'objectif est de réduire les frottements entre pièces mobiles du moteur à travers la formulation du lubrifiant.Un lubrifiant est composé d'une huile de base et d'additifs afin d'ajuster les propriétés de l'huile moteur. En particulier, des polymères sont utilisés pour limiter la perte de viscosité avec la température afin de protéger au mieux les pièces du moteur. Le fonctionnement de ce type d'additifs, appelés améliorants de viscosité (AVI), est basé sur le gonflement avec la température des chaines polymères. Le paramètre le plus important à prendre en compte dans la formulation d'un lubrifiant est sa viscosité ainsi que sa dépendance en température. Le but de ce travail a été d'étudier l'influence de polymères AVI récemment commercialisés afin de sélectionner le plus efficace dans le cadre d'une application moteur, tout en éclaircissant les mécanismes d'action en jeu à l'échelle moléculaire dans ce type de systèmes. Les propriétés rhéologiques de poly(alkyle méthacrylates) en solution ont été étudiées à l'aide de tests standards dans le but de comprendre l'influence des lubrifiants sous pression et dans des conditions confinées. La dégradation de ce type de polymère a également été considérée à travers un test standard afin de vérifier si les performances du polymère sont conservées dans le temps. Les comportements en dégradation et en tribologie ont pu être rationalisés par des considérations de volume occupé par le polymère. / The reduction of car fuel consumption is one of the biggest concerns for oil companies. It involves the reduction of friction between moving parts through the formulation of lubricants.A lubricant is composed of base oil and several additives used to improve the properties of engine oils. Polymeric compounds are used to limit the decrease of viscosity with temperatures to efficiently protect the motor. This type of additives, called Viscosity Index Improver (VII), is based on the swelling of polymer chains with temperature. The most important parameter in the lubricant formulation is the viscosity and its dependance on temperature. The aim of the work was to study the influence of recently developed families of VII additives in different base oils in ordrer to select the most efficient type of polymer for engine lubricant uses, by understanding the molecular mechanisms responsible of the VII behavior. Various polyalkylmethacrylates were investigated to establishing the rheological properties of the solutions, namely as a function of temperature (dependence of intrinsic viscosity). For a given base oil, the efficiency of a VII varies with its chemical structure, its molecular weight and its concentration. Then, tribological properties were investigated using standard tests with the aim to obtain an overview of the lubricant's behavior under pressure. We also considered the degradation of this kind of polymers in a representative test in order to check the performance's durability. Degradation and tribological behaviors were rationalized in terms of volume occupied by polymer chains.

Le développement de lubrifiants à haute valeur ajoutée subissant des conditions opératoires de plus en plus draconiennes, économes en carburant et performants pendant une longue durée reste un défi considérable pour les fabricants d’huiles. Cette thèse concerne l’étude du rôle et des actions des améliorants d’indice de viscosité (ou Viscosity Index Improvers (VII)) dans les lubrifiants moteurs. Le premier objectif visé dans ce travail est la caractérisation des comportements rhéologiques et la modélisation de la viscosité en fonction de conditions réelles de température, pression et contrainte de cisaillement pour des solutions d’huile de base et de polymère sans additifs fonctionnels. Plusieurs polymères (PAMA, OCP et PISH) de masses moléculaires et conformations (peigne, linéaire et étoile) différentes sont utilisés à 1,2% en masse dans une huile de base minérale hydrocraquée. L’originalité de la thèse réside dans l’utilisation de rhéomètres non-commerciaux à haute pression (jusqu’à 800 MPa). Un deuxième défi réside dans la compréhension de la relation entre la réponse rhéologique des lubrifiants automobiles simplifiés et les mécanismes présents à l’échelle moléculaire en explorant les notions de conformation, de solubilité et de rayon hydrodynamique grâce à l’extension de la loi d’Einstein à haute pression. Enfin, l’étude se concentre sur le lien entre rhéologie et tribologie et par extension, entre la composition chimique du lubrifiant et la tribologie. Les épaisseurs de film sont mesurées et comparées avec les prédictions analytiques de Hamrock-Dowson et avec les simulations numériques basées sur l’équation de Reynolds généralisée en incluant les modèles rhéologiques. Les données expérimentales et numériques sont en adéquation. / The development of high value-added lubricants overcoming more and more drastic operating conditions, fuel-efficient and providing excellent performance during a long time remains a huge challenge for oil makers. This thesis is dedicated to the study of the role and the actions of Viscosity Index Improvers (VII) in engine lubricants. The first objective targeted in this work is the characterization of the rheological behaviors and the modeling of viscosity in function of realistic conditions of temperature, pressure and shear stress for polymer-thickened base oil solutions without functional additives. Several polymers (PAMA, OCP and PISH) with different molecular weights and conformations (comb, linear and star) are used with a concentration of 1.2% (w/w) in a hydrocracked mineral base oil. The originality of the thesis lies in the use of non-commercial rheometers under high pressure (up to 800 MPa). A second challenge is the understanding of the relationship between the rheological response of simplified engine lubricants and the mechanisms occurring at the molecular scale by exploring the notions of conformation, solubility and hydrodynamic radius by the extension of the Einstein’s law at high pressure. Finally, the study focuses on the link between rheology and tribology and by extrapolation, between the chemical composition of the lubricant and tribology. The film thickness is measured and compared with the Hamrock-Dowson analytical predictions and with the numerical simulations based on the generalized Reynolds’ equation including the rheological models. Both experimental and numerical data are in good agreement.

Dans le domaine du transport, le zingage (pour lutter contre la corrosion), la passivation (pourrenforcer le pouvoir anticorrosion et améliorer l’esthétique) et la finition (pour la lubrification) sont lestrois traitements appliqués sur les petites pièces mécaniques telles que les vis. L’objectif principal decette étude est d’apporter la propriété lubrifiante à la couche de passivation, permettant ainsi de réduirele nombre d’étape et de réaliser des économies considérables. Pour atteindre cet objectif, deuxstratégies ont été adoptées : la fonctionnalisation de particules de silice par un silane fluoré etl’encapsulation d’un lubrifiant par de la silice.Des particules de silice, sphériques et monodisperses de taille contrôlée (de 40 à 100 nm), ontété fonctionnalisées par un silane fluoré, en une seule étape de synthèse à partir d’une microémulsion.Ces particules améliorent les propriétés lubrifiantes de la couche de finition mais pas celles de lapassivation.Une simple émulsion en milieu acide a permis de synthétiser des microcapsules contenant unlubrifiant (le PAO, polyalphaoléfine ou le n-octadécane à changement de phase à 27°C), de taillemoyenne de quelques micromètres. Le taux maximal d’encapsulation de lubrifiant est environ de 70%,ces capsules n’ont pas apporté les propriétés lubrifiantes à la couche de passivation sur des vis, le tauxd’incorporation des capsules dans cette couche étant trop faible / In the field of transport, zinc coating (to combat corrosion), passivation coating (to increasecorrosion protection and be more aesthetic) and topcoat (for lubrication) are three treatments appliedto small mechanical parts such as screws. The main aim of this study is to provide lubricatingproperties to the passivated layer to reduce the number of steps in the coating process and substantiallyreduce costs. The method includes: silica functionalized with a fluorinated silane and a lubricantencapsulated in silica.Spherical and monodispersed silica particles (between 40 to 100nm) were functionalized witha fluorinated silane using a one-step synthesis from the initial microemulsion. This resulted in theparticles enhancing the lubricating properties of the topcoat but not those of the passivation coating.Microcapsules containing a lubricant (PAO, polyalphaolefin or n-octadecane with a phasechange at 27°C) with an average size of a few micrometers were synthetized in a simple emulsionunder acidic conditions. The maximum encapsulation rate of the lubricant was 70%. These capsulesdid not provide lubricating properties to the passivated coating on the screws. This is because the rateof incorporation of the capsules in this layer is too weak.

L'objectif de cette thèse est de caractériser les phénomènes d'oxydation de lubrifiants pétroliers et les produits lourds du pétrole. Dans les deux thématiques « lubrifiants » et «lourds pétroliers », une étude de veille stratégique a été effectuée en préalable des études analytiques et chimométriques dans ce cadre le paramètre temps est important. Il nous permet de comprendre les évolutions des domaines, leurs actualités et leur(s) pertinence(s) en précisant si ces domaines sont déjà en phase technologique et utilisation industrielle ou encore en phase de développement. Les huiles lubrifiantes doivent répondre à certaines exigences afin d'optimiser leur performance lors de l'utilisation dans le moteur. Dans ce travail, divers composés soufrés sont testés afin de déterminer le potentiel antioxydant. Deux huiles de base et sept additifs sont testés. Il apparaît que les composés soufrés avec des longues chaînes aliphatiques augmentent la résistance de l'huile, quelle que soit sa nature. Les fiouls lourds utilisés pour les moteurs de bateau peuvent être considérés comme un déchet de raffinage. Néanmoins, la spécification de ces produits est très stricte notamment pour la combustion, la stabilité et la teneur en soufre. Leurs caractérisations nécessitent l'analyse de diverses propriétés, qui sont essentielles pour le contrôle et le développement de technologies de moteurs d'entraînement. L'utilisation d'un support de diffusion permet de s'affranchir des problèmes de nettoyage de cuve couramment rencontrées. / The objective of this thesis is to characterize the phenomena of oxidation of oil lubricants and the heavy products of petroleum. In both themes « lubricating » and « Heavy Fuel Oil », a study of strategic monitoring was performed before analytical and chemometrics studies in this frame the parameter time is important. It helps us to understand changes domains, their news and their relevance and whether these domains are already in industrial use and technological phase or development stage scientific research. Lubricating oils must meet certain requirements in order to optimize their performance when operating in the engine. In this work various types of sulfur compounds are tested to identify the antioxidant potential. Two base oils and seven additives are tested. It appears that sulfur compounds with long aliphatic chains increases resistance of oil, whatever its nature. Heavy fuel oil used for boat motors can be considered as refining waste. Nevertheless the most stringent specification as burning, stability and sulfur content. Their characterizations require the analysis of various properties, which are essential for driving control and the development of engine technologies. The use of a diffusing support allows to free itself from problems of tank cleaning usually met. The aim of this work is to analyze fuel on the boat at the entrance of the engine in order to increase the motor performances and decrease the pollutants by a near infrared miniaturized sensor.

Les vis à rouleaux convertissent la rotation en translation de manière très efficace et sont utilisées dans des nombreuses industries. Mais même s'il présente beaucoup d'avantages, le mécanisme reste complexe et relativement difficile à comprendre. Le principal but de cette thèse est de quantifier la puissance dissipée par les vis à rouleaux standard et inversées, qui est un résultat important pour toute étude liée à l'efficacité ou la distribution de température. De plus, il s'agit d'un critère de conception dans le choix de paramètres optimaux pour une certaine application. À cause des travaux peu nombreux en termes de recherche et des hypothèses restrictives faites dans la littérature courante, ce mémoire commence avec une analyse géométrique de base du mécanisme et envisage de généraliser les équations des surfaces filetées pour les différents types de profils et conditions de jeu. La position des points de contact peut ensuite être déduite avec un algorithme de type Newton-Raphson très rapide. Cette information est cruciale pour toute étude ultérieure de force. Après, les équations classiques de Hertz sont adaptées à des contacts peu conformes pour déterminer la forme, les dimensions et l'orientation des ellipses de contact rouleau-vis et rouleau-douille. Il est prouvé que les directions principales de courbure obtenues ici par géométrie différentielle sont différentes de celles supposées dans les précédents travaux de recherche. Ensuite, la cinématique du mécanisme est étudiée avec un modèle stationnaire, qui établit des liens entre les mouvements uniformes de tous les composants et permet de calculer d'une manière simplifiée le champ de vitesse de glissement en tout point de l'aire de contact. Le mouvement local apparaît comme une combinaison de spin et de glissement uniforme. Le modèle est calibré sur un seul degré de liberté qui prend la forme d'un quotient de glissement, qui dépend de conditions de lubrification et équations d'équilibre dynamique. Un banc expérimental est conçu pour mesurer ce quotient et permettre donc la comparaison avec des valeurs numériques, ainsi que les quelques modèles analytiques disponibles dans la littérature. Les résultats montrent que les mesures sont très proches des conditions de fonctionnement idéales, ce qui fait que les propriétés du lubrifiant et les coefficients de frottement deviennent les paramètres les plus influents dans le peu de marge disponible pour l'amélioration cinématique. Finalement, un modèle numérique en forces est développé et permet de calculer la puissance dissipée pendant l'équilibre stationnaire. L'algorithme itératif détermine d'abord le quotient de glissement atteint à l'équilibre et utilise ensuite le résultat pour déduire les autres variables cinématiques et dynamiques liées au calcul. Une étude paramétrique est réalisée dans le but d'identifier les facteurs importants pour l'efficacité et la puissance dissipée, ainsi que leur contribution relative. / Roller screws are highly efficient rotation-translation converters used in a variety of industries. Despite its numerous advantages, the mechanism remains complex and rather difficult to understand. The main goal of this thesis is to quantify the amount of power dissipated by standard and inverted roller screws, which is an important result for any study related to efficiency or temperature distribution. Furthermore, it is used as a design criterion in choosing optimal parameters for a given application. Due to the limited amount of available research and the restrictive assumptions made in current literature, this memoir starts with a basic geometric analysis of the mechanism and attempts to generalize threaded surface equations for different types of profiles and backlash conditions. The contact point locations can then be deduced using a very fast Newton-Raphson algorithm. This information is crucial for any subsequent force analysis. Classic Hertzian equations are then adapted to slightly conforming contacts in order to calculate the shape, size and orientation of the roller-screw and roller-nut contact ellipses. It is shown that the principal directions of curvature obtained here by differential geometry are different from the ones assumed by previous research. Next, the mechanism kinematics is investigated using a stationary model, which relates the steady-state movement of all the different components and allows a simplified calculation of the sliding velocity field at any point within the contact areas. The local motion proves to be a combination of spin and uniform sliding. The model is set to have only one degree of freedom in the form of a slip ratio, which depends on lubrication conditions and force balance equations. An experimental setup is designed to measure this ratio and thus allow comparison to numerical values, as well as the few analytical models available in the literature. Results show that measurements are very close to ideal operating conditions, which makes lubricant properties and friction coefficients the most influential parameters in the little room available for kinematic improvement. Finally, a numerical force model is developed, which calculates the power dissipated during the steady-state regime. The iterative algorithm first determines the value of the slip ratio reached during stationary equilibrium and then uses the result to deduce the other kinematic and dynamic unknowns involved. A parametric study is conducted to identify the important factors in efficiency and power dissipation, as well as their relative influence.