THÈSE GRADE DE DOCTEUR
THÈSE
Présentée par Philippe CHAZALON
pour l’obtention du
GRADE DE DOCTEUR
École Doctorale : École Centrale Paris (ED287)
Spécialité : Sciences Pour l’Ingénieur
Laboratoire d’accueil : LISMMA (EA2336)
Étude des Variations de la Résistance Électrique du
Contact Balai - Bague de l’Alternateur
Soutenue le : 12/02/2013
Devant un jury composé de :
M.RochdiELABDI ProfesseurdesUniversités Univ.Rennes1 Rapporteur
M.HamidZAIDI ProfesseurdesUniversités Univ.Poitiers Rapporteur
M.PhilippeDUFRENOY ProfesseurdesUniversités Polytech’Lille Examinateur
M.Jean-ClaudeMIPO Docteur VALEO Examinateur
MmeMurielQUILLIEN MaîtredeConférences SUPMECA Co-encadrante
M.FrançoisROBBE-VALLOIRE ProfesseurdesUniversités SUPMECA Directeurdethèse
M.GrégoryGODEFROY ChefdeProjet VALEO Invité
2012-N°ordre
EtudedesVariationsdelaRésistanceElectrique
du
ContactBalai-Baguedel’Alternateur
PhilippeCHAZALON
11janvier2013
«Ilyatoujoursdeuxraisonspourfairequelquechose:unebonneraisonetlavraieraison»
Dale Carnegie, 1888-1955.
«Ilnefautpasjugerunhommeparcequ’ilignore,maisparcequ’ilsait»
Luc de Clapiers, Marquis de Vauvenargues, 1715-1747.
2
Résumé
Dansuneautomobile,lescomposantsélectriquessontalimentésparuntypedegénéra-
teurélectriqueparticulier:l’Alternateur.Entraînéparlemoteurduvéhicule,illuiprélève
doncdelapuissancemécanique.DanslespériodesdechasseaugrammedeCO2quenous
connaissons,lapuissanceprélevéeaumoteurdoitêtreminimiséepournepaspénalisersa
consommation.Orlesbesoinsélectriquesduréseaudebordetdessystèmes(éclairage,
ventilation, servitudes, contrôle moteur, etc.) sont imposés par l’équipement du véhicule!
Ilestapparuquedanslescasoùl’alternateurestfortementsollicité,despertesdeperfor-
mancespeuventêtreimputéesaucircuitd’excitationdelamachine.Ilcomportedeuxcontacts
électriquesglissantsbalai-baguequiontétéincriminés.Dupointdevuethéoriqueaucun
élémentnepermettaitd’expliquerlesaugmentationsbrutalesderésistancedecescontacts,
nousavons doncdéveloppé uneméthode demesure originaledestinée àrechercher des
paramètresinfluentssurleursvariations.Ilnousaétéimpossibledefaireunemesurede
l’épaisseurfilmdetransfertetd’identifierlesquantitésdegraphite,natureetquantitédes
oxydesenprésencedanslefilm.Cependant,nousavonsestimélapertinencedel’hypothèse
durôledel’oxydationetavonssurtoutpuisolerlerôledufilmdetransfertdansl’expression
desrésistancesdecontact.Nousavons,deplus,misenévidencelacorrélationexistantentre
lesrésistancesdecontactetlecoefficientdefrottementpourlesdeuxcontacts.
Mots-Clefs :
Tribologie, Tribo-Électricité, Contacts Électriques Glissants, Balais, Graphite, Cuivre, Alter-
nateur, Générateur de Courant, Résistance de Contact, Frottement,
Abstract
TheAlternatorisanelectricalgeneratorspecificallydesignedtosupplypowertothe
electricalcomponentsofavehicle.Itisdrivenbytheengine,takingoffpartofitspowerin
theprocess.Currently,eco-friendlypoliciesleadcarmakerstohuntdownpowerlossesof
thisdeviceinordertosavefuelandreduceCO2emissions.However,theelectricalneeds
dependonlyontheeverincreasingdemandofthevehicleelectronicequipment.Whenthe
alternatorrunsatfullload,theperformancecouldsometimesbediminishedbyunpredic-
tableresistancechangesintheelectricalslidingcontactsoftheexcitationcircuit,increasing
powerconsumption.Notheorycapableofexplainingthesephenomenawasfoundinthelit-
terature.Theanalysislimitswerereachedwhenconfrontedtothemeasurementoftransfer
filmthicknessandthedeterminationoftheamountofgraphite,andthevolumeandnature
ofoxidesinthefilm.Anexperimentalmethodandadedicatedsoftwareadaptedtocontact
resistanceandfrictionmeasurementsweredevelopedtoidentifytheinfluencingparameters.
Weappreciatedtherelevancyoftheoxidationhypothesisandweleadastudyontransfer
filmscontributiontocontactresistance.Moreoverasignificantcorrelationbetweencontact
resistanceandfrictionwasestablished.
Key words :
Tribology, Electricity, Sliding Electrical Contacts, Carbon Brushes, Copper Ring, Alternator,
Current Generator, Contact Resistance, Friction,
3
Remerciements
Jetiensàremercierchaleureusementlespersonnesquim’ontsoutenuefficacementdans
lecadredecetteétude.
J’adressemesmeilleurssentimentsàceuxquej’aicotoyéspendantcesannées,auLISMMA
ouchezVALEOetqui,compagnonsd’infortune,ontvécuavantouaprèsmoil’aventurede
lathèse.JepenseentoutpremierlieuàS.CautainetA.Vauquelin,maisaussiàJ.Foune,
U.Guette,V.Vé,L-A.Tchoune,O.Lute,J.Rardin,A.Bdel,LiLi,R-I.Meno,etmesautres
camaradesetcollèguesprésentsdurantcettepériode.
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
1
/
159
100%
