Friction sèche et mouillée sur une surface lisse et à plots

On compare la friction d’une lentille de polydiméthylsiloxane (PDMS) réticulé glissant sur un substrat lisse et à plots, mis en mouvement à vitesse U. On utilise des lentilles «dures» (de module de Young E ~ 1 MPa) et molles (E ~ 0.1 MPa).

– Sur substrat lisse et passif (verre silanisé), et pour des billes dures, dans l’air, on observe un glissement stable quelle que soit la vitesse U. Pour un substrat chimiquement hétérogène, on observe un glissement stable en dessous d’une vitesse seuil US, et du stick-slip au-delà. Pour des billes molles, le glissement est toujours instable : on observe des ondes de Schallamach à faible vitesse, et du stick-slip à vitesse élevée. Nous présenterons un modèle de stick-slip permettant de calculer la force de rupture du contact, et la fréquence du stick-slip en fonction de la vitesse de cisaillement.

Lorsque le contact est immergé dans un liquide, une transition de mouillage apparaît à une vitesse UC, et la friction du contact lubrifié est très faible (aquaplaning des voitures). Si UC<US, le glissement est stable. Si UC>US, on observe une nouvelle forme de stick-slip couplé au mouillage du contact.

– Sur substrat à plots, selon la hauteur des plots et la force d’enfoncement, le contact est « intime » ou « posé », avec un film d’air intercalé. La friction dans l’état « posé » est très faible, car l’aire de contact sec est très réduite. Dans l’état « intime », la force de friction diminue avec la hauteur des plots car l’énergie d’adhésion W(h) diminue. On n’observe pas d’effet « gecko ».

Pour des petits plots, on observe une transition «intime»/«posé» au-delà d?une vitesse seuil UC*, associée à une chute de la force de friction. Pour des billes molles, on observe toujours du stick-slip et des ondes de Schallamach dans la gamme de vitesse étudiée.

Cette étude est un premier pas pour comprendre la friction d’un pneu sur les aspérités de la route.

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