these mekroud - Catalogue en ligne La Bibliothèque Universitaire

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MENTOURI CONSTANTINE
FACULTE DES SCIENCES DE L'INGENIEUR
DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE
N° Ordre :
Série:
THESE
Présentée au
Département De Génie Mécanique
En vue d’obtenir le grade de
DOCTEUR EN SCIENCES
EN GENIE MECANIQUE
Par
Mr. MEKROUD Abdesselam
INFLUENCE DU CHAMP MAGNETIQUE SUR LE
COMPORTEMENT TRIBOLOGIQUE DES COUPLES
METALLIQUES GLISSANTS ACIER XC 48/ACIER XC 48,
LAITON/ACIER XC 48 ET ALUMINIUM/ACIER XC 48
Soutenue le : 11 / 06 / 2008
Devant le jury composé de :
Président
S. MEZIANI
Professeur UM Constantine
Rapporteur
A. BOUCHOUCHA
Professeur UM Constantine
Examinateur
B. NECIB
Professeur UM Constantine
Examinateur
A. BOUCHLAGHEM
Maître de conférences U. Annaba
Examinateur
L. LAOUAR
Maître de conférences U. Annaba

1
Résumé
Le comportement tribologique, des couples en matériaux non ferromagnétique (cuivre, laiton et
aluminium) glissant sur un disque tournant en matériau ferromagnétique (acier XC48), en présence du
champ magnétique alternatif externe a été étudié. Tous les essais ont été réalisés en utilisant un
tribomètre classique du type pion-disque. Le champ magnétique est délivré par une bobine. La charge
normale appliquée est produite par un vérin hydraulique. La vitesse de glissement est maintenue
constante et est égale à 0.38 m/s. La présence du champ magnétique entraîne une diminution de la
valeur du coefficient de frottement et de l'amplitude de ses fluctuations.
L'analyse de la face usée du pion, par microscope électronique à balayage, a mis en évidence
l'influence du champ magnétique sur le degré d'oxydation du pion en matériau ferromagnétique et non
ferromagnétique. De plus d'autres analyses au microscope optique ont révélés l'état de surface du
disque en laiton et en aluminium.
La caractérisation structurale des surfaces en contact, des oxydes et des débris d'usure, par
diffraction des rayons X (angle θ -2 θ), a montré l’effet du champ magnétique sur l'activation de la
surface de contact du pion en matériau ferromagnétique et non ferromagnétique. L’absence du champ
magnétique engendre un changement du mode d’usure, et on assiste à une transition du mode doux
(usure par oxydation) à un mode abrasif sévère. Les valeurs de la température prise, par caméra
thermo graphique infrarouge, à proximité du contact montre que la présence du champ magnétique
influe sur la température.
L’élaboration d’une modélisation des flux de chaleurs générés à l’interface pour H=0, utilisant
la méthode des volumes finis coïncide avec les valeurs expérimentales.
Mots clés: Champ magnétique, Coefficient de frottement, Usure, Etat de surface, Oxydation, Abrasion,
Usure par oxydation.
Abstract
The tribological behavior, of the material couples non ferromagnetic (copper, brass and aluminum)
slipping on a revolving ferromagnetic material disc (steel XC48), in the presence of the external
alternate magnetic field was studied. All the tests were carried out by using a traditional tribometer of
the pin-disc type. The magnetic field is delivered by a reel. The normal load applied is produced by a
hydraulic actuating cylinder. The speed of slip is maintained constant and is equal to 0.38 m/s. The
presence of the magnetic field involves a reduction in the value of the coefficient of friction and
amplitude of its fluctuations.
The analysis of the worn face of the pin, by Electron Microscope with Sweeping, highlighted the
influence of the magnetic field on the oxidation step of the ferromagnetic and non ferromagnetic material
pin. Of more than other analyses under the optical microscope revealed the surface quality of the
aluminum and brass disc.
The structural characterization of surfaces in contact, oxides and the remains of wear, by diffraction of x-
rays (angle θ -2 θ), has show the 3rd effect of the magnetic field on the activation of the surface of
contact of the ferromagnetic and non ferromagnetic material pin. The absence of the magnetic field
generates a change of the mode of wear, and one attends a transition from the soft mode (wear by
oxidation) to a severe abrasive mode. The values of the temperature taken, by camera thermo graphic
infra-red, near the contact shows that the presence of the magnetic field influences the temperature.
The development of a modeling of the heat flows generated with the interface for H=0, using the method
of finished volumes coincides with the experimental values.
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2
DEDICACES
Je dédie ce travail à :
Mon cher père
Ma chère mère
Ma femme
Mes enfants
Mes frères et Sœurs,
Je dédie également ce travail à tous mes beaux frères, EL HADI,
ZOHEIR, Brahim BENNIA et sa femme Nadjia et à tous mes amis.
Particulièrement Abdelwahab SAHLI.

3
REMERCIEMENTS
Le présent travail fait l’objet d’une thèse de doctorat en sciences sur un sujet
proposé et dirigé par Monsieur le Professeur Ali BOUCHOUCHA. Les recherches ont
été réalisées sous sa direction au Laboratoire de Mécanique de l’UM Constantine et
au Laboratoire de Mécanique des Solides à l’Université de Poitiers. Qu’il trouve ici
l’expression de ma profonde gratitude pour l’intérêt et le soutien qu’il m’a apporté
tout au long de ce travail.
Je tiens aussi à exprimer ma reconnaissance et ma gratitude à Messieurs les
Professeurs Hamid ZAIDI et Olivier BONNEAU, respectivement chef d’équipe et
Directeur du Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS) à l'Université de Poitiers
pour m'avoir accueilli et permis de réaliser les expériences et mettre à ma disposition
tous les moyens nécessaires pour observer et analyser mes différents échantillons.
Je tiens à exprimer ma reconnaissance et ma gratitude à Mr Salim MEZIANI,
Professeur à l’UM Constantine pour l’honneur qu’il m’a fait en acceptant la
présidence de mon jury de thèse.
Je remercie également Messieurs Brahim NECIB, Professeur à l’UM
Constantine, Abdelaziz BOUCHELAGHEM et Lakhdar LAOUAR, Maîtres de
Conférences à l’Université Badji Mokhtar, Annaba d’accepter mes sentiments
respectueux et reconnaissant pour avoir bien voulu analyser mon travail et participer
au jury.
Je tiens à remercier également, Noël BRUNETIERE, Maître de Conférences à
l'Université de Poitiers, pour sa collaboration dans la mesure de la température de
contact.
J'exprime ma reconnaissance à l'ensemble du personnel du Laboratoire LMS,
et particulièrement au doctorant Mohammed AMIRAT, pour ses aides et ses soutiens
moraux durant mes séjours à Poitiers.

4
SOMMAIRE
INTRODUCTION ………………………………………………………………………….. 8
CHAPITRE I
GENERALITES ET RAPPELS THEORIQUES
10
I.1. PRESENTATION DU PROBLEME …………………………………………………… 10
I.1.1. Problème…………………………………………………………………………… 10
I.1.2. Origine du problème……………………………………………………………….. 10
I.2. GEOMETRIE DES SURFACES DE CONTACT………………………………………….. 11
I.2.1. Description des surfaces…………………………………………………………… 11
I.2.1.1. La rugosité……………………………………………………………………….. 12
2.2.1. Surfaces de contact………………………………………………………………... 12
I.2.1.2. Comportement mécanique du contact en présence d'un champ magnétique……. 12
1.2.1.3. Contact plastique et comportement en présence d'un champ magnétique……… 13
I.2.2. Rappels sur les propriétés des surfaces et leur influence sur le comportement
tribologique en présence d'un champ magnétique………………………………… 13
I.2.3.2. Physisorption (adsorption physique)……………………………………………. 13
I.2.3.3. Chimisorption (adsorption chimique)………………………………………….. 14
I.3. PROCESSUS D'OXYDATION ET SES COSÉQUENCES SUR LE FROTTEMENT ET
L’USURE DES SURFACES METALLIQUES …………………………………………. 14
1.3.1. Cinétique de d’oxydation…………………………………………………………. 14
I.3.2. Oxydation du fer…………………………………………………………………... 14
I.3.3. Oxydation de l'aluminium…………………………………………………………. 15
I.3.4. Oxydation du cuivre……………………………………………………………….. 15
I.3.5. L'oxydation des métaux en présence d'un champ magnétique…………………….. 17
I.3.6. Propriétés des surfaces…………………………………………………………….. 17
I.3.6.1. Chaleur d'adsorption…………………………………………………………….. 17
I.3.6.2. Genèse de la couche d'oxyde……………………………………………………. 18
I.3.6.3. Croissance de la couche d'oxyde………………………………………………… 18
I.4. FROTTEMENT ET USURE DES CONTACTS METALLIQUES… ……………………. 18
I.4.1. Frottement…………………………………………………………………………. 18
I.4.2. Usure………………………………………………………………………………. 19
I.4.2.1. Usure adhésive…………………………………………………………………... 20
I.4.2.2. Usure abrasive…………………………………………………………………… 20
I.4.2.3. Usure par fatigue………………………………………………………………… 21
I.4.2.4. Usure oxydative… ……………………………………………………………… 22
I.4.2.5. Complexité des contacts réels…………………………………………………….
23