Les enjeux écologiques liés au réchauffement climatique, et plus généralement la lutte contre la pollution, ont occasionné une révolution sans précédent dans le domaine des transports. De nombreuses recherches portant sur l’identification de voies d’amélioration du rendement mécanique des moteurs à combustion interne ont été menées au cours de ces dernières décennies. Dans les moteurs Diesel, le contact Segments-Piston-Chemise (SPC) représente à lui seul près de 40 % des pertes d’énergie par frottement mécanique totales du moteur. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre général de la lubrification des moteurs Diesel en présence de suies et s’intéresse plus particulièrement au poste SPC pour des contacts Diamond-Like Carbon (DLC) lubrifiés. Ce travail de thèse s’appuie sur des outils de tribométrie originaux pour reproduire les cinématiques particulières des contacts impliqués au niveau de la segmentation. Cette thèse s’attache à identifier l’influence d’un lubrifiant vieilli en fonctionnement sur les mécanismes de lubrification et les mécanismes de frottement associés de couches minces dures de type DLC, en balayant l’ensemble des régimes de lubrification pour des conditions stationnaires et transitoires. Les revêtements DLC développés dans le cadre de ce travail de thèse ont permis de diminuer significativement le frottement limite en conditions stationnaires et transitoires. La déstructuration du lubrifiant via la formation d’agrégats, générés par le passage des suies, ou par une annulation temporaire de la vitesse d’entraînement représentative des cinématiques de contact observées en zone SPC, sont gouvernés par le triptyque, lubrifiant, surface et cinématique de contact. Enfin, l’analyse de la réponse tribologique de l’interface lubrifiée en conditions stationnaires et transitoires permet à la modélisation théorique du frottement lors d’un cycle complet de glissement à vitesses variables. / Ecological issues related to global warming, and more generally the reduction of pollution, have lead to a major revolution in the field of transport. Considerable research work has been carried out during the past decades in order to improve the mechanical efficiency of internal combustion engines. In Diesel engines, almost 40 % of total engine energy losses due to mechanical friction occur in the Piston rings-Piston-Cylinder contact (PPC). The overall framework of this PhD thesis is Diesel engine lubrication in presence of soot and this work focuses more particularly on Diamond-Like Carbon (DLC) lubricated contacts for PPC region. Unique tribometry tools are used to reproduce the particular contact kinematics involved in the piston assembly. This thesis aims to identify the influence of an aged lubricant on the lubrication and friction mechanisms of DLC hard coatings for all lubrication regimes in steady-state and transient conditions. DLC coatings developed during this thesis significantly reduce the boundary friction in steady-state and transient conditions. The lubricant destructuring due to aggregate formation, generated by the passage of soot, or by a temporary vanishing of the entrainment speed, are governed by the triplet, lubricant, surface and contact kinematics. Finally, the analysis of the tribological response of the lubricated interface in steady-state and transient conditions leads to the theoretical modeling of the friction during a complete cycle of sliding at variable velocities.

L’utilisation des additifs conventionnels (MoDTC, ZnDTP) dans les lubrifiants pour réduire le frottement et l’usure de pièces frottantes ont montré des limitations. Afin de pallier les faiblesses de ces additifs de nouvelles stratégies de lubrification ont été développées en utilisant des particules colloïdales de phases réductrices de frottement et d’usure. Les travaux antérieurs ont montré que l’introduction d’un lubrifiant solide composé de nanoparticules lamellaires en présence d’un liquide de faible viscosité entraînait une réduction spectaculaire du coefficient de frottement. L’objectif principal de la thèse est donc l’élucidation des mécanismes d’action mis en œuvre lors de ce processus de réduction du frottement. L’ensemble des résultats expérimentaux, acquis au cours des essais réalisés sur les films de nanoparticules (graphite exfolié et CND-G) en présence de pentane ou en présence de dispersion de nanoparticules dans le dodécane, à l’aide d’un tribomètre alternatif à géométrie sphère/plan, nous a permis de montrer que le processus de réduction du frottement est lié à la formation d’un contact conforme par constitution d’un film épais de nanoparticules agglomérées dans la zone de pénombre de Hertz conduit au changement de régime de lubrification limite vers un régime mixte ou EHD. Les analyses physico-chimiques du contact en glissement lubrifié par spectrométrie Raman in situ nous a permis de montrer que le film lubrifiant est constitué de la dispersion de nanoparticules dans le liquide et que le processus spécifique de réduction du frottement est aussi associé à l’orientation des nanoparticules parallèlement aux surfaces de glissement. / The use of conventional additives (MoDTC, ZnDTP) in lubricants to reduce friction and wear of friction parts have shown limitations. To overcome the limitations of these additives new lubrication strategies were developed using friction reducer colloidal particles. Previous work has shown that the introduction of a solid lubricant composed of nanoparticles dispersed in the lubricating base oil presenting a low viscosity has shown a reduction of the friction. The aim of the thesis is the elucidation of the mechanisms of action used during the process of friction reduction. All the experimental results acquired during the tests on the films of nanoparticles (exfoliated graphite and CND-G) in the presence of pentane or presence of nanoparticles dispersion in dodecane, using a alternating tribometer geometry sphere / plan allowed us to show that the friction reducing process is related to the formation of a conform contact by the formation of a thick film of agglomerated nanoparticles in Hertz penumbra that led to a transition of lubrication boundary regime to a mixed or EHD regime. The physicochemical analyzes of sliding contact by in situ spectrometry Raman in situ allowed us to show that the lubricant film is composed of the dispersion of nanoparticles in the liquid and the specific friction reduction mechanims is also associated to the orientation of nanoparticles parallel to the sliding surfaces.

Le contrôle de la friction en régime limite s’effectue par le biais de lubrifiants qui, par l’adsorption de molécules sur les surfaces, réduisent les contacts directs entre aspérités. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de comprendre et de coupler les mécanismes, à la fois, d’adsorption et d’auto-organisation de différents acides gras sur des surfaces, et les mécanismes de friction interfaciale sous des conditions stationnaires et transitoires. L’effet de l’architecture moléculaire, modifiée par la présence et la conformation d’une insaturation dans la chaîne aliphatique des acides gras, a également été analysé. La caractérisation in-situ, à l’échelle moléculaire, a été réalisée avec le tribomètre moléculaire ATLAS développé au LTDS. Cet appareil permet des déplacements quasi-statiques et dynamiques, d’une sphère mise en regard d’un plan, suivant trois axes. Trois solutions d’acides gras, en faible concentration dans du dodécane, ont été analysées. Les déplacements et les forces, normaux et tangentiels, sont mesurés à l’aide de capteurs capacitifs d’une résolution respective de 0.015 nm et 10 nN. Des sollicitations dynamiques superposées permettent de caractériser simultanément la rhéologie de l’interface confinée en termes d’amortissement et de raideur, dans les deux directions. Les résultats montrent que les acides gras s’adsorbent par interaction physique sur les surfaces pour former des films visco-élastiques d’une épaisseur d’environ 15 Å sur chaque surface. Le taux de couverture et la cinétique d’adsorption de ces couches dépendent de l’architecture moléculaire des acides gras. Cette dernière gouverne également la friction interfaciale, qui a été qualifiée de supraglissement, et la rhéologie des monocouches auto-assemblées. Les différentes organisations de films conduisent ainsi à différentes évolutions de la friction en fonction de la vitesse de glissement et de la pression de contact. La réponse en friction transitoire et l’accommodation lors du glissement vers un nouvel état stationnaire ont de plus été décrites par des distances caractéristiques, de plusieurs nanomètres, reflétant le renouvellement statistique des spots de contact, et par des temps de relaxation, de l’ordre de la seconde, décrivant le réarrangement moléculaire au sein de l’interface. Enfin, une modélisation théorique de la friction limite a été proposée afin de comprendre l’origine moléculaire de la friction entre monocouches d’acides gras mettant ainsi en évidence le couplage fort de deux échelles spatiales et temporelles. / Friction in boundary lubrication can be controlled by the adsorption of molecules on surfaces that reduce direct contacts between asperities. In this context, the aim of this thesis is to understand and to couple the mechanisms of adsorption and self-organization of different fatty acids on surfaces, with the mechanisms of interfacial friction under steady-state regime and transient conditions. The effect of the molecular architecture, modified by the presence and conformation of one unsaturation in the aliphatic chain of fatty acids, was also analyzed. In-situ characterization, at the molecular level, was performed with the molecular tribometer ATLAS, developed at LTDS. This apparatus allows quasi-static and dynamic displacements, of a sphere in front of a plane in three directions. Three fatty acids solutions, in low concentration in dodecane, were analyzed. The displacements and the forces, normal and tangential, are measured using capacitive sensors with a resolution of 0.015 nm and 10 nN respectively. Dynamic superimposed measurements allow a simultaneous rheological characterization of the confined interface in terms of damping and stiffness in two directions. The results show that the fatty acids adsorb on the surfaces by weak interactions and form viscoelastic films with a thickness of about 15 Å on each surface. The coverage rate and adsorption kinetics of these layers depend on the molecular architecture of the fatty acids. This architecture also governs interfacial friction, which has been described as superlubricity, and the rheology of self-assembled monolayers. Various film organizations have thus led to different evolutions of the friction as a function of the sliding speed and the contact pressure. The transient friction response and its accommodation during slip to a new stationary state have also been described by characteristic distances of several nanometers, reflecting the statistic average renewal of the contact spots, and by relaxation times of the order of the second, describing the molecular rearrangement within the interface. Finally, theoretical modeling of boundary friction has been proposed to understand the molecular origin of the friction between monolayers of fatty acids and highlight the strong coupling between both spatial and temporal scales.

La microfluidique utilisant les gouttes a connu un essor remarquable ces dix dernières années. Pourtant, la dynamique de ces objets reste largement inexplorée et incomprise. Une question aussi simple que déterminer la vitesse d’une goutte poussée par une phase porteuse à vitesse imposée, ne possède à ce jour toujours pas de réponse. Comprendre et modéliser la vitesse d’une goutte nécessite dans un premier temps de caractériser les mécanismes de dissipation intervenant dans la goutte, dans le ménisque dynamique et dans le film de lubrification.Ce manuscrit présente une étude de la dynamique de films de lubrification en utilisant une technique interférométrique (RICM) qui a dû être adaptée à notre système. Nous montrons dans un premier temps que, dans un cas statique, cette outil permet de mesurer l’épaisseur de ce film nanométrique avec une très grande précision, et que celle-ci est fixée par la pression de disjonction dont la composante principale est électrostatique. Puis, le film de lubrification est étudié dans un cas dynamique. Aux faibles vitesses, l’épaisseur du film est fixée par la pression de disjonction, tandis qu’aux nombres capillaires plus élevés nous montrons qu’un modèle visqueux permet de reproduire nos résultats expérimentaux. Pour une solution micellaire,nous observons une décomposition spinodale permettant d’extraire des propriétés interfaciales (vitesse, contrainte de Marangoni). Enfin, nous avons pu dans un projet fédératif développer une laboratoire sur puce permettant des opérations de manipulation sur des gouttes en utilisant l’intégration de systèmes de chauffage au niveau micrométrique. / Digital microfluidics is a growing field of research. However, droplet dynamics remains largely unknown. As an example, a question as simple as predicting the droplet velocity while pushed by an external fluid at fixed velocity is still not answered. Understanding and thus modelizing it requires the identification of dissipation mechanisms in the droplet, in the dynamical meniscus and in the flat film. This thesis presents a study on the dynamical properties of lubrication films using an interferometric method (RICM) that has been adapted to microfluidics. We first show that, in a static case, we are able to measure nanometric film thicknesses with very accurate precision and that it is set by the disjoining pressure, especially the electrostatic part. Then the film is studied when the droplets flow. At low speeds, the film thickness is set by the disjoining pressure, while at higher capilarry numbers we identify a viscous model in agreement with our experimental results. For a micellar solution, we observe spinodal decomposition allowing us to recover interfacial properties (velocity, Marangoni stress). Finally, in a collaborative project, we were able to develop a lab on a chip allowing droplets manipulations taking advantage of micro-heaters integration.

Les normes environnementales toujours plus sévères associées à une constante augmentation de la demande énergétique rendent nécessaires les actions à entreprendre en vue d’améliorer l’efficacité énergétique. Dans le domaine du transport, responsable à lui seul de plus de la moitié de la consommation des ressources pétrolières, les actions visant à optimiser la consommation énergétique se traduisent par la mise en place de nouvelles technologies hybrides, par un travail sur l’aérodynamisme des véhicules, la conception de pneumatiques plus performants ou bien encore la réduction de la taille des moteurs et des boites de vitesse afin de réduire le poids des véhicules. Cependant, selon le VTT (Centre de recherche technique finlandais), dans les voitures particulières, les pertes par frottement représentent un tiers de la consommation totale de carburant. Plusieurs millions de litres de carburant sont ainsi utilisés dans le monde chaque année pour vaincre les forces de frottement. Pour cette raison la recherche en tribologie dans le domaine de l’automobile s’est plus particulièrement focalisée ces dernières années sur le développement de matériaux à faible coefficient de frottement ainsi que lubrifiants plus performants. Ce travail de thèse a pour objectif d’étudier le potentiel des nanoparticules de dichalcogénures métalliques en tant qu’additifs de lubrification pour applications automobiles dans le but de développer de nouveaux lubrifiants hautement performants. Ces nanoparticules, synthétisées pour la première fois dans les années 90, ont déjà montré des propriétés tribologiques intéressantes lors de tests effectués en laboratoire, en régime de lubrification limite. Toutefois, leur utilisation dans des systèmes mécaniques réels nécessite une meilleure compréhension de leurs performances dans des conditions plus proches de la réalité, à savoir en présence de surfaces rugueuses ainsi qu’en présence d’additifs couramment utilisés dans les lubrifiants industriels. Au cours de ce travail, nous nous sommes focalisés sur des nanoparticules de bisulfures de tungstène produites industriellement. Le contexte industriel de ce travail de thèse ainsi que les bases de la tribologie seront exposés dans un premier chapitre consacré à l’état de l’art. Dans ce même chapitre, une revue bibliographique des propriétés lubrifiantes des nanoparticules de bisulfures métalliques (MoS2, WS2) observées lors d’essais tribologiques effectués en laboratoire sera également présentée. L’influence de certains paramètres tels que les conditions d’essais, l’effet de la température, de la concentration, de la cristallinité sera également présentée dans ce premier chapitre.Les résultats de mon travail de thèse seront présentés à travers deux grandes parties. Dans une première, les caractéristiques morphologiques et chimiques des nanoparticules étudiées seront présentées. Leurs propriétés tribologiques dans l’huile de base en présence de surfaces en acier de différentes rugosités seront discutées. Enfin, leurs performances en présence d’additifs couramment utilisés dans les applications industrielles ont également été étudiées. Tous ces essais ont été réalisés en régime de lubrification limite et à 100°C. Dans une seconde partie, le potentiel des nanoparticules pour une application boîte de vitesses a été exploré. Des essais tribologiques ont été réalisés à la fois dans une huile de base ainsi qu’en présence d’un cocktail d’additifs, tout d’abord à l’échelle du laboratoire puis lors de tests réels effectués avec des boites de vitesses utilisées dans l’automobile. Les résultats montrent que les nanoparticules peuvent être utilisées pour augmenter la durée de vie des engrenages. / The growing environmental concerns, along with the continuous increase of energy demand, have encouraged research to improve energy efficiency in every technological field. In the transport industry, responsible of more than half of the world’s oil consumption, manufacturers have bet on hybrid fuel technologies, more aerodynamic car profiles, innovative tires and even downsizing of engines and gearboxes to reduce the weight of the vehicles to face the problem. However, according to VTT Technical Research Centre of Finland, in passenger cars one third of fuel consumption is due to friction loss. This means that several millions of liters of fuel are used every year to overcome friction around the world. As a consequence, reduction on the friction losses would have a direct impact in oil consumption. For this reason, research in the tribology field has specially focused in the development of low friction materials and more efficient lubricants. This work investigates the potential of metal dichalcogenide nanoparticles as lubricant additives for automobile applications with the aim of formulating more efficient lubricants. These nanoparticles which were synthetized for the first time in the 90’s have shown interesting tribological properties when added to base oil under specific laboratory test conditions. However, their future use in real-life mechanical systems needs a better comprehension of their behavior on rough surfaces and in the presence of additives commonly used in industrial lubricants.Industrially produced tungsten disulfide nanoparticles were used in this work. First of all, the industrial context of this work and the basis of tribology science in general and of tribology in the automotive industry in particular are exposed in the state of the art part. In this section, a literature review of the lubricating properties of laboratory scale produced metal dichalcogenides nanoparticles of tungsten and molybdenum disulfide is exposed. The effect of different conditions (temperature, concentration in oil, contact pressure, among others) is also presented in this first section. The research work done for this thesis is divided in two main parts. In the first one, the nanoparticles were first morphologically and chemically characterized and their tribological potential in base oil was investigated on smooth and rough surfaces under different test conditions. Then, their tribological behavior in the presence of additives that are commonly used in industrial applications, in the boundary lubrication regime and at 100°C was studied.In the second part, the use of nanoparticles for a gearbox application was explored. The potential of the nanoparticles in base oil and in the presence of a commercial package of additives for this application was studied, first at the laboratory scale, and then in scaled-up tests with gearboxes used in cars. The results suggest that nanoparticles can be used to increase life span of the mechanical parts of gears.

Nous présentons une étude expérimentale de la dynamique d'une sphère près d'une paroi texturée dans un fluide visqueux. Le déplacement de la sphère est mesuré par interférométrie laser à haute fréquence. La texture consiste en un réseau de micro-piliers, dont on fait varier les paramètres géométriques (hauteur et concentration) sur une large gamme, afin d'étudier leur influence sur la dynamique d'approche, de collision et de rebond de la sphère. A petit nombre de Reynolds, la vitesse d'approce de la sphère est augmentée comparativement au cas d'une paroi lisse, en raison de la modification de la force de lubrification par la texture. Cette modification est décrite par plusieurs modèles hydrodynamiques. Une longueur effective de glissement au-dessus du réseau de piliers est mesurée. A nombre de Stokes modéré, l'inertie de la sphère n'est pas négligeable, et elle peut se coller ou rebondir sur les piliers. La dynamique de collage présente différents régimes qui sont modélisés en tenant compte de la modification de traînée par la texture. Le nombre de Stokes critique pour la transition de rebond est modifié par la texture. La dynamique des micro-rebonds est caractérisée. Enfin, la dynamique de contact sphère-piliers est décrite par une loi de Hertz modifiée prenant en compte la géométrie de la texture. / We investigate experimentally the dynamics of a sphere near a textured wall in a viscous fluid. High frequency laser interferometry is used to measure small displacements of the sphere. The texture is comprised of arrays of micro-pillars, whose geometrical parameters are systematically varied in order to study their influence of the dynamics of approach, collision and rebound of the sphere. Under creeping flow conditions, the sphere velocity near the textured wall is increased compared to the case of a smooth wall, as a result of the modification of the lubrication force due to the texture. We describe this modification using several hydrodynamic models. An effective slip length over the pillar array is measured. At moderate Stokes number the sphere inertia is non-negligible and the sphere can either stick or bounce off the wall. The sticking dynamics exhibit several regimes which can be described by taking into account the modification of the lubrication force by the texture. The micro-pillars modify the critical Stokes number for the bouncing transition. The micro-rebounds are characterized. Finally, the contact dynamics between the sphere and the pillars are described by a Hertz law modified by the texture geometry.

La thèse étudie les mécanismes de collage des alliages d’aluminium sur les outils lors de leur mise en forme. Dans un premier temps une méthodologie expérimentale utilisant le banc d’essai USTest proposée. Elle permet de travailler en laboratoire en respectant des conditions de contact proches de celles rencontrées en industries. Une campagne d’essais est réalisée, sollicitant le matériau sous diverses conditions de pression de contact, de vitesse de glissement et de lubrification. Les analyses métallurgiques et mécaniques de cette campagne permettent d’établir un lien entre les conditions de contact d’une part et le transfert de matière sur les outils d’autre part. Un mécanisme d’apparition du collage de l’aluminium sur les outils en forge à froid est proposé. Dans un second temps l’aptitude à prédire l’apparition du collage aux outils des alliages d’aluminium lors de leur mise en forme à froid de quatre modèles d’endommagement et de rupture usuels est étudiée. Un ensemble de simulations numériques est mené pour quantifier l’influence des conditions de contact rencontrées lors des essais UST sur l’état d’endommagement des éprouvettes au voisinage de leur surface. Les résultats montrent que le coefficient de frottement seul n’est pas suffisant pour rendre en compte de la sévérité du tribosystème et qu’une approche multiéchelle est nécessaire pour simuler l’effet de la rugosité des outils sur l’apparition des premiers transferts de matière. De nombreuses perspectives sont également présentées pour améliorer la compréhension des phénomènes de collage et la modélisation numérique de ces phénomènes. / The thesis investigates the mechanisms of galling of aluminum alloys on tools during cold forming. First, an experimental methodology using the test bench UST is proposed. It enables the simulation in the laboratory of the conditions of contact similar to those encountered in industries. A series of trials is performed, testing the material in various conditions of contact pressures, sliding speeds and of lubrication. A link between the contact conditions on the one hand and mass transfer on the other hand tools is established and a mechanism of occurrence of adhesion of aluminum on cold forging tools is proposed. In a second step four damage and failure models are presented and their abilities to predict the onset of galling of aluminum are discussed. A set of finite element simulations is performed and compared to experimental results in order to quantify the influence of contact conditions on evolution of damage encountered in the vicinity of the specimen surface. The results show that a single coefficient of friction is not sufficient to model the severity of the tribosystem. A multi-scale approach is then proposed to simulate the effect of the roughness of the tools on the first step of material transfer. Many prospects are also presented to improve the understanding of the phenomena of bonding and numerical modeling of these phenomena.

(néant) / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Grâce à ses propriétés d’antioxydant, d’anti-usure et éventuellement d’extrême pression le dithiophosphate de zinc (ZDDP) fait partie des additifs les plus utilisés dans les lubrifiants pour moteurs thermiques. De nos jours, dans un souci de respect de l’environnement, de nouveaux lubrifiants possédant de bonnes performances en lubrification (frottement faible et usure limitée) sont développés en prenant compte des limitations d’utilisations actuelles du ZDDP. L’idée étant de réduire dans ceux-ci les teneurs en phosphore et soufre (Normes euros VI), éléments essentiels du ZDDP qui endommagent les pots catalytiques. L’objectif de cette thèse est l’étude du comportement tribologique du phosphate de zinc di alkyl (ZP) en comparaison avec le ZDDP. La méthodologie expérimentale étudiée pour comprendre le mécanisme d’action de ces additifs, associe des essais de frottement à descaractérisations physico-chimiques des surfaces frottantes après essais.Cette comparaison a été effectuée en fonction de la température (25°C et 100°C), la vitesse de glissement (25, 50 et 100 mm/s) et la concentration en additif (200 et 600 ppm dephosphore). Les meilleures actions anti-usure sont obtenues avec le ZDDP pour une température de 100°C et une vitesse de glissement de 100 mm/s et le ZP pour une température de 25°C et une vitesse de glissement de 25 mm/s. Les analyses de surface XPS, AES, XANES et MET-EDX ont permis de mettre en évidence la présence d’un film protecteur constitué principalement de phosphate de zinc, ceci pour les deux additifs.Une synergie de comportement tribologique a été mise en évidence avec un lubrifiantconstitué de ZP (usure faible) et d’oléate d’urée (frottement faible). Des essais complémentaires sur un tribomètre dynamique ont permis d’étudier le niveau de frottement du tribofilm formé à partir du ZDDP. Le caractère visqueux du tribofilm de ZDDP a été mis en évidence. / Thanks to its antioxidant, anti-wear and extreme pressure properties, zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP) is nowadays the most used anti-wear additives in engine oil. Due to environmental protection concerns, new lubricants with good tribological performances (low friction and low wear) are developed. This research aims to evaluate the current limitations of ZDDP and to find alternative environmentally friendly solutions. Thus, the target is to reduce the quantity of phosphorus and sulphur in lubricants, two essential elements of ZDDP molecule that damage catalytic. The objective of this thesis is to study tribological behavior of zinc phosphate di alkyl (ZP) in comparison to ZDDP. The experimental method performed is the coupling of friction test with surface physico-chemical characterisation of rubbing surface after tests.This comparison carried out according to the temperature (25°C and 100°C), the sliding speed (25, 50, 100 mm/s) and additives concentrations (200 and 600 ppm). The best anti-wear efficiency is obtained with the ZDDP additive at 100°C - 100 mm/s and with the ZP at 25°C - 25 mm/s. For both additives and under these conditions, tribofilms are mainly made of zinc phosphate.A tribological synergy are obtained with a lubricant contained ZP (low wear) and oleyl urea (low friction). Complementary tests were made on a original dynamic tribometer for a better understanding of ZDDP tribofilm friction behavior. The viscous character of ZDDP tribofilm was obtained.

La plupart des montres mécaniques sont composées d’un échappement à ancre Suisse. Cet organe se situe à la fin du rouage et sert à entretenir et à compter les oscillations du balancier-spiral. Par l’intermédiaire de l’interface ancre / roue d’échappement, il est soumis à des sollicitations parfois extrêmes induisant un rendement faible, d’environ 35%. En outre, le maintien du lubrifiant au contact est délicat et les frottements occasionnés peuvent provoquer une usure prématurée des éléments du système. La première partie de ce travail a consisté au développement d’une démarche d’investigation et de compréhension du fonctionnement du contact entre l’ancre et la roue d’échappement par l’intermédiaire des concepts du triplet et du circuit tribologique. Une visualisation en temps réel du contact, par caméra rapide, a ainsi permis d’obtenir l’évolution de la vitesse réelle des corps en contact. Parallèlement, l’analyse des composants à différents instants de fonctionnement ont conduit à la détermination des débits de 1er et 3ème corps. Par ailleurs, afin de mieux comprendre le comportement tribologique local du contact, un modèle dynamique par éléments finis de l’échappement à ancre Suisse a été développé. A la suite de cette étude, un scénario relatif à la vie du contact a été proposé afin de décrire les différentes phases de fonctionnement de l’échappement. Malgré le rôle clé de la couche de 3ème corps formée pendant le vieillissement par l’activation du débit source, elle génère un débit d’usure qui peut être néfaste pour le mécanisme de montre. Ce résultat amène, par conséquent, à la nécessité de formuler et de réaliser un troisième corps « optimisé ». Dans une seconde partie, une optimisation du comportement de ce 3ème corps a donc été recherchée afin d’atteindre (à terme) une fiabilité à 10 ans et une usure contrôlée. Pour ce faire, deux technologies de lubrification du contact, i.e. fluide et solide, ont été utilisées. La lubrification fluide a été améliorée par texturation des surfaces. La puissance et le nombre de tirs laser ont ainsi été fixés afin de respecter les formes et dimensions des textures imaginées pour le triplet tribologique étudié. Afin de s’affranchir de l’assèchement en lubrifiant fluide du contact au cours du temps, une lubrification solide a été introduite par imprégnation de solides lamellaires et dépôt d’un revêtement « dur » sur la roue d’échappement. Grâce au circuit tribologique et par l’intermédiaire de la création d’un débit source initial et d’un débit d’usure faible, une première optimisation de la couche de 3ème corps formée a été intuité. Une meilleure compréhension du contact entre l’ancre et la roue d’échappement a été apportée. Cette compréhension a permis de passer d’une démarche essais / erreurs existante à une démarche scientifique de proposition de solutions pour l’optimisation du triple / Most of mechanical watches are composed of a Swiss lever escapement. This mechanism is located at the end of the gear train and consist in counting and maintaining the oscillations of the balance wheel. It is subject to extreme solicitations, mostly located at the interface anchor / escapement wheel, inducing a low yield of about 35%. Besides, the difficulty of keeping lubricant within the contact can create wear and induce harmful consequences for the system. The first part of this work involved developing an investigation and understanding approach of the contact between the anchor and the escapement wheel through the concepts of Tribological triplet and circuit. A real-time visualization of the contact, through high-speed camera, succeeded in obtaining the evolution of the real speed of contact bodies. At the same time, components’ observations at different operating times resulted in the evaluation of 1st and 3rd bodies’ flows. Furthermore, in order to understand the local tribological behavior of the contact, a dynamic finite element model of the Swiss lever escapement was developed. Following this study, a scenario of the contact life was proposed in order to outline the different phases of the functioning of the escapement. Despite the key role of the 3rd body layer formed during aging by activating the source flow, it generates a wear rate that can be harmful to the watch mechanism. Therefore, it is necessary to formulate and realize an “optimized” third body. In a second part, an optimization of this 3rd body’s behavior was sought in order to reach a 10-years’ reliability and a stabilized wear. To do this, two lubrication technologies of the contact, i.e. fluid and solid, were used. Fluid lubrication has been improved by surface texturing. The power and the number of laser pulses were determined in order to respect the shapes and dimensions of the textures designed for the studied tribological triplet. To overcome the drying up of lubricant along time, the solid lubrication was investigated by impregnation of lamellar solids and deposition of a “hard” coating on the escapement wheel. Thanks to the Tribological circuit and through the creation of an initial source flow and a low wear flow, a first optimization of the 3rd body’s layer formed has been assumed. A better understanding of the contact between the anchor and the escapement wheel has been provide. This understanding made it possible to go from an existing trial / error approach to a scientific approach for the optimization of the Tribological triplet. A stabilization of the wear and an optimized’s third body were obtained by impregnating a MoS2 solid lubricant on the escapement wheel.t. Une stabilisation de l’usure et un troisième corps « optimisé » ont ainsi été obtenus.