Le bruit de rugosité, rayonné lors du frottement entre surfaces rugueuses sous faible chargement, est un phénomène complexe dépendant de plusieurs paramètres dont la rugosité de surface, la vitesse de glissement, le chargement normal appliqué et les matériaux frottés. Il se distingue des autres types du bruit de frottement par un spectre fréquentiel large bande, un niveau sonore faible, une faible pression de contact et par conséquent un couplage dynamique faible entre les solides en contact. Pour étudier ce type du bruit, deux approches ont été développées: expérimentale et numérique. L’approche expérimentale a permis de proposer des lois de variation des niveaux sonores et vibratoires en fonction des paramètres tribologiques (principalement la rugosité) et cinématique (principalement la vitesse de glissement). L’approche numérique est consacrée à l’étude de la dynamique locale des interfaces multicontact. Elle a permis ainsi d’accéder aux paramètres inaccessibles à la mesure (forces locales, durée de chocs inter-aspérités, fréquence de chocs) et d’établir une comparaison avec les mesures sonores et vibratoires. Les résultats aussi bien expérimentaux que numériques montrent que le bruit de rugosité est une fonction croissante de la rugosité de surface et de la vitesse de glissement. La phénoménologie du bruit de rugosité fait appel à trois disciplines différentes: la tribologie (génération des vibrations à l’interface multicontact dues aux variations des efforts de contact suite aux chocs inter-aspérités), la dynamique (propagation de ces vibrations dans les solides en contact) et l’acoustique (une partie de ces vibrations est dissipée sous forme de bruit de rugosité). Le mécanisme fondamental du bruit de rugosité est ainsi la mise en vibration des solides en contact générée par les chocs inter-aspérités. Ces chocs sont caractérisés par leur fréquence, leur percussion et leur durée. La fréquence diminue quand la rugosité ou la vitesse de glissement augmente, la percussion augmente avec ces deux paramètres et la durée de choc est indépendante de la rugosité de surface et la vitesse de glissement. / The roughness noise, radiated from the contact area of two sliding and rough solids under light load, is a complex phenomenon dependent on several parameters whose surface roughness, sliding speed, normal load and rubbed materials. Roughness noise differs from the other types of friction noise by a wide band spectrum, low noise levels, light contact pressure and therefore a weak dynamic coupling between sliding solids. Experimental and numerical approaches have been developed to study this type of noise. The experimental approach allowed to establish the variation laws of sound and vibration levels versus surface roughness and sliding speed. The numerical analysis is concerned with the local dynamic multicontact interfaces study. It provides access to parameters inaccessible to measurement (local forces, duration of inter-asperities shocks, frequency shocks) and allows a comparison with the sound and vibration measurements. Both experimental and numerical results show that roughness noise is simultaneously an increasing function of surface roughness and sliding speed. Three fundamental steps are involved in roughness noise phenomenon: tribology (vibrations are generated by the variations of the contact loads in the interface following the inter-asperities shocks), dynamics (propagation of the vibrations in the solids in contact) and acoustics (roughness noise is radiated by the solid surfaces). Therefore, the fundamental mechanism of roughness noise is the presence of shocks occurring between antagonist asperities of sliding surfaces. These shocks are characterized by their frequency, their duration and their percussion. The frequency decreases as the roughness or the sliding speed increases. The percussion is an increasing function of roughness and sliding speed and the shock duration is independent of the surface roughness and the sliding speed.

Th. doct.-ing.--Lyon--Institut national des sciences appliquées, 1986. / Bibliogr. p. 117-124 et p. 139.

Zugl.: Magdeburg, Univ., Habil.-Schrift, 2009

Zugl.: Kaiserslautern, Techn. Univ., Diss., 2005. / Zugl.: Kaiserslautern, Techn. Univ., Diss., 2005.

La tribologie est définie comme la science qui étudie les phénomènes de frottement, d’usure et de lubrification. Elle intervient à chaque fois que deux surfaces sont en mouvement relatif l’une par rapport à l’autre. On la rencontre donc principalement dans les moteurs, les instruments de coupe, les assemblages mécaniques etc. Le frottement et l’usure sont les causes principales des pertes de performances et de durabilité des systèmes. L’usure coute 3 % du PIB en France et on estime que 10 % à 30 % de l’énergie produite dans le monde est consommée par frottement, c’est dire l’importance que porte le monde industriel à cette science.C'est la lubrification qui a pour rôle de minimiser le frottement et de protéger les surfaces de l'usure. Il existe différents régimes de lubrification, cependant les travaux effectués au cours de cette thèse de doctorat s’intéressent exclusivement au régime de lubrification limite. Dans ce régime de lubrification, l’épaisseur du film de lubrifiant est du même ordre de grandeur que la hauteur des aspérités des surfaces en contact et le frottement et l'usure des surfaces peuvent être très sévères. La stratégie mise en place pour lutter contre ces phénomènes consiste à ajouter des additifs à l'huile lubrifiante, qui formeront au cours du frottement un film protecteur (le tribofilm). Il apparait donc primordial de bien caractériser ces tribofilms afin de mieux comprendre les mécanismes de réduction de frottement et de l’usure, qui restent encore à ce jour mal connus.Les nanotechnologies permettent aujourd'hui d'apporter un nouvel éclairage sur cette problématique et nous les avons mises à profit pour étudier le comportement mécanique des tribofilms à l’échelle nanométrique.L’objectif de ce travail est de comprendre les processus de réduction de frottement observés à l’échelle macroscopique lorsque des particules de composés lamellaires sont associées à un liquide de faible viscosité. Les tribofilms étudiés sont formés à partir de trois composés lamellaires différents, le graphite, le thiophosphate de nickel NiPS3 et le bisulfure de molybdène MoS2. Pour ces trois composés, deux types de tribofilms ont été étudiés : ceux formés à partir des particules seules (les tribofilms secs) et ceux formés en présence de liquide (les tribofilms éther).L’analyse des propriétés tribologiques mesurées à macro et nano échelle, nous ont permis de mieux comprendre la contribution des effets individuels et collectifs sur les mécanismes réducteurs de frottement. Ces expériences ont permis de mettre en évidence que la réduction du coefficient de frottement observée à macro-échelle n'est pas due à la nanostructuration des tribofilms ni à une baisse des interactions entre les feuillets mais plutôt à un effet collectif des particules et du liquide. / Tribology is the science of friction phenomena, wear and lubrication. It takes part every time two surfaces are in relative motion. It performs meanly in engine and mechanical systems. Friction and wear are the mean reasons of loose of performance and durability of mechanical systems. Wear costs 3% of the GDP in France and about 10% to 30% of the produced energy in the world is consumed by friction.The aim of lubrication is to reduce friction and protect the surface against wear. There are four different types of lubrication regimes but this study is focused on the boundary regime. In this regime, lubricant thickness is of the same order of the magnitude of the sliding surfaces roughness, leading to a high-level of friction and wear. Additives are added to the lubricating base oil, in order to build a protecting tribofilm. Characterization of the tribofilms appears essential to better understand the friction and wear reduction mechanisms.Nanotechnology allows to bring a new insight on this issue through the study of the mechanical behavior of the tribofilms at nanoscale.The aim of this work is to better understand the process of the friction reduction observed at macroscale when lamellar particles are associated to a low viscosity liquid. The tribofilms are formed from three different lamellar compounds, graphite, nickel thiophosphate NiPS3 and molybdenum disulfide MoS2. Two different kinds of tribofilms are studied: those formed with the solids particles only (dry tribofilms) and those formed in presence of liquid (wet tribofilms).The analyses of the tribological properties measured at nanoscale allow us to better understand the contribution of the individual and collective effects on friction reduction mechanims. We show that the reduction of the friction coefficient observed at macroscale is not related to the surface nanostructuration of the tribofilms neither to the decrease of the interaction energy between the sliding surfaces, but rather to collective effects of the liquid and the particles in the contact.

Die durch Polyethylenabrieb bedingte Osteolyse trägt wesentlich zur Lockerung der Hüftgelenkendoprothese bei. Das Ziel der vorliegenden retrospektiven Studie war, den Einfluß der Patientenaktivität auf den Polyethylenabrieb zu bestimmen. Es wurden 104 gut funktionierende primär implantierte Hüftgelenkprothesen [HG®-Pfanne, konventionelles PE, 28 mm Keramikköpfe] mittels Abriebmessungen [HipAnalysisSuite®Version 8.0.4.3] an 1203 Röntgenaufnahmen über durchschnittlich 12 Jahre untersucht. Die Aktivität der durchschnittlich 58-jährigen Patienten wurde mit speziellen Fragebögen und einem Accelerometer bestimmt. Die Hochrechnung auf ein Jahr ergab 1,8 Millionen Lastwechsel im Durchschnitt und durchschnittlich 17 Stunden Aktivität pro Tag. Dabei zeigten die Messinstrumente HHS, Aktivitätseinschätzung durch den Arzt, Gehstrecke, UCLA und TWB ansteigende Korrelationen zu den durchschnittlichen absoluten Lastwechseln pro Tag. Es zeigte sich eine durchschnittliche jährliche lineare Abriebrate von 0,1 mm, die zu 18 % von der Aktivität beeinflußt wurde und eine jährliche volumetrische Abriebrate von durchschnittlich 53 mm³, die zu 19 % von den durchgeführten Lastwechseln beeinflußt wurde. Klinische Faktoren wie Gewicht, Geschlecht, Alter bei Operation oder Pfannenposition zeigten dagegen keine Korrelation zur Abriebrate. Für die durchschnittlichen Lastwechsel im mittleren Aktivitätsniveau und die absoluten Lastwechsel in Kombination mit dem PeakActivityIndex ermittelte sich eine Prädiktion für das Risiko einer jährlichen linearen Abriebrate von mehr als 0,15 mm von 78%. Diese Langzeitstudie etabliert eine direkte Korrelation zwischen der Patientenaktivität und dem Polyethylenabrieb und die untersuchte Gleitpaarung zeigte gute Langzeitergebnisse bei durchschnittlicher Aktivität berenteter Patienten. Die dem Operateur zur Verfügung stehenden Messinstrumente, um die Patientenaktivität einzuschätzen, sind allenfalls begrenzt geeignet, die Patientenaktivität zu beurteilen. Der Operateur kann den Einfluss der Patientenaktivität auf die jährliche Abriebrate nur durch die Wahl der bestmöglichen Gleitpaarung minimieren. / The aseptic loosening of THR is a result of polyethylene wear. Therefore the aim of this study was to determine the effect of the patient's activity on polyethylene wear in 102 well-functioning hip prostheses [28 mm aluminum-oxide ceramic heads and Harris-Galante acetabular cups] and secondarily to assess the relevance of different clinical methods used for measuring patient activity as compared to an electronic accelerometer. This retrospective study used the StepWatch electronic accelerometer and different questionnaires to assess patient activity. Polyethylene wear was measured radiographically using a validated computer-assisted measurement technique [HipAnalysisSuite®Version 8.0.4.3] . At an average follow-up of 12 + 2.25 years (range, 5 to 16 years), linear wear rate averaged 0.1 + 0.09 mm per year. Measurements of activity as assessed by the accelerometer were significantly related to wear rates (p=0.03) and accounted for 18.2% of the variation in wear rate data. The DailyActiveQuestionnaire had the most highly correlation with the patients' average number of steps per day. Age, gender, weight and cup position were not associated with the linear wear rate. The PeakActivitylndex, loadings at a moderate activity Ievei and absolute loadings in combination predicted higher wear rates of > 0.15 mm/yr. in 78% of the true positive fraction . This study has reported a direct correlation between activity Ievei and polyethylene wear and had shown good lang term results of patient in retirement.

Thèse doctorat : Mécanique : Villeurbanne, INSA : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 172-177.

Thèse doctorat : Biomécanique : Villeurbanne, INSA : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 143-153.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Science et génie des matériaux : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 73 réf.

Thèse doctorat : Mécanique. Génie Mécanique. Génie Civil : Villeurbanne, INSA : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 186-195.