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Un organe de friction, tel qu'un frein, est un appareil transformant l'énergie mécanique en chaleur. On rapporte qu'en 1897 Herbert Frood essaya divers matériaux comme garnitures de friction, entre autres des sections de courroies de transmission. C'est à lui que revient l'idée d'imprégner des tissus d'amiante par des liants à base de résines phénoliques. La fabrication industrielle des nouvelles garnitures commença en 1902 et le nom de Frood est à l'origine de la marque Ferodo, presque devenue un nom commun, et que les étudiants mal informés traduisent par « fer au dos ».
Les critères de choix des garnitures sont aujourd'hui:
La composition des garnitures comporte :
La majorité des garnitures en service actuellement sont de type organo-métallique. On appelle garnitures minérales celles qui sont à base de liants minéraux et semi-métalliques celles qui contiennent plus de 50% de métaux (en masse). Certaines garnitures sont obtenues par frittage sans utilisation des liants habituels. Les garnitures au graphite sont dites grasses.
La valeur habituelle des coefficients de frottement est de 0,35 à 0,45. Plutôt que des coefficients très élevés, on préfère des coefficients de frottement constants malgré les nombreux facteurs de variation : pression, vitesse, température, poussière, humidité ... Les bruits de freinage sont des crissements à haute fréquence (squeal noise), des grognements à basse fréquence (groan), et des martèlements ou broutements (judder). On les évite, ou on les réduit, en adoptant des matériaux dont le coefficient augmente légèrement quand la vitesse de glissement augmente.
Une certaine dose d'abrasion, provoquée volontairement sur les disques par les garnitures, permet de réduire les surépaisseurs génératrices de bruit et surtout d'éviter un excès de polissage.
Les meilleurs contre-matériaux sont les fontes lamellaires perlitiques, pratiquement exemptes de cémentite et d'eutectique phosphoreux. On essaie actuellement des disques composites où la partie utile en fonte est soutenue par un substrat d'aluminium plus léger, mais on n'a pas encore résolu les problèmes de dilatation différentielle.
On continue d'expérimenter actuellement des couples de matériaux de type carbone/composite carbone et céramique/céramique, qui sont encore loin d'avoir atteint le domaine « grand public ».
Les freins du TGV Thalys comportent des disques en acier au chrome-molybdène-vanadium 28 CrMoV5-08 et des garnitures composites à matrice métallique Cerametal G35. Ce couple produit un troisième corps en forme de « plaques planes » qui permettent l'accommodation de la vitesse par un mécanisme de cisaillement.
Résumé et conclusions.
La solution des problèmes de frottement est toujours difficile. Elle ne se résume pas à déterminer un matériau, mais un couple de matériaux ainsi que leur traitement et le lubrifiant adéquat. Les principaux points à examiner sont :
Documentation en ligne de OsiriX/À propos d'OsiriX
OsiriX est un logiciel de rendu d'images dédié aux images DICOM (suffixes ".dcm" / ".DCM") produites par les équipements médicaux de type (MRI, CT, PET, PET-CT, ...) et la microscopie confocale (formats LSM and BioRAD-PIC). OsiriX peut aussi lire d'autres formats de fichiers : TIFF (8,16, 32 bits), JPEG, PDF, AVI, MPEG et Quicktime. Il se conforme absolument au standard DICOM en ce qui concerne le format de fichier et la communication d'image. OsiriX est capable de recevoir des images transférées suivant le protocole de communication DICOM depuis n'importe quels PACS ou modalité d'imagerie médicale (STORE SCP - fournisseur d'espace de stockage, STORE SCU - utilisateur d'espace de stockage, et Query/Retrieve - sélection/import de copie) .
OsiriX a été spécialement conçu pour la navigation et visualisation d'images multimodales et multidimensions: fenêtre 2D, fenêtre 3D, fenêtre 4D (séries 3D avec une dimension temporelle, par exemple: (CT cardiaque) et fenêtre 5D (séries 3D series avec une dimension temporelle et une dimension fonctionnelle, par exemple: PET-CT cardiaque). La fenêtre 3D offre tous les modes de rendu modernes : Reconstruction multiplan (MPR), Rendu de surface, Rendu de volume et Projection de l'intensité maximum (MIP). Tous ces modes supportent les données 4D et peuvent fusionner les images de deux séries différentes (par exemple: PET-CT).
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Osirix supporte une architecture complète de plug-ins qui vous permet d'étendre les capacités d'OsiriX en fonction de vos besoins personnels ! Cette architecture de plugins vous donne accès à la puissante bibliothèque d'objets Cocoa grâce à un langage orienté objet et dynamique : Objective-C.
OsiriX
Tribologie/Manifestations du frottement
Les manifestations du frottement ne sont pas toutes évidentes et la liste que nous vous proposons ci-dessous n'est pas exhaustive !
Résistances passives.
Le frottement et l'adhérence engendrent des efforts mécaniques (des s et des s) dont la principale caractéristique est de contrarier systématiquement ou d'empêcher les mouvements relatifs et les déformations des objets. Ces efforts prennent naissance non seulement au niveau des surfaces en contact, mais aussi au sein même des matériaux solides ou fluides qui se déplacent ou se déforment. Le frottement n'est pas un problème à deux dimensions mais bel et bien à trois dimensions, il concerne des volumes et pas seulement des surfaces comme on a trop tendance à le croire !
Sans que nous y prêtions attention, nos gestes quotidiens intègrent les données du frottement. Quand nous saisissons un verre de bière, le volant d'une automobile ou le manche d'un outil, nous « réglons » instinctivement la contraction de nos muscles. Lorsque les forces de contact prennent, à notre insu, des valeurs inhabituelles, les accidents surviennent. Tel objet fragile devenu glissant nous échappe des mains et se brise sur le sol. Nos pieds glissent soudain sur une plaque de verglas, sur un sol de bois mouillé ou sur quelque amas nauséabond de matière molle traîtreusement déposé sur le crottoir (non, ce n'est pas une faute de frappe) que nous parcourons. Les glissades intempestives dans les salles de bain, lieux de tous les dangers, sont la cause de 90 % des bras cassés : chacun en déduira ce qu'il voudra ...
Échauffement.
L' perdue par frottement, transformée en , est généralement irrécupérable et parfois très difficile à évacuer. Les calories produites par le frottement d'un crayon sur une feuille de papier n'empêchent personne de dormir, mais il n'en est pas de même lors de la conception des s d'un ou a fortiori d'un avion de ligne. Les aspects thermiques du frottement peuvent avoir des conséquences inattendues.
Usure.
L'usure, multiforme, souvent paradoxale, ne peut être réduite à une simple perte de matière. Sous ce terme se cachent des phénomènes extraordinairement diversifiés, qui provoquent un ensemble de transformations géométriques et physicochimiques des couches superficielles soumises au frottement.
L'usure provoque des pertes économiques énormes mais elle n'est pas toujours nuisible. L'usure de la craie sur le tableau permet au professeur de communiquer des informations à ses élèves. Les usinages par abrasion (affûtage, , , pris dans ce sens) ne sont rien d'autre que de l'usure ; on cherche alors à enlever le maximum de matière avec un minimum d'énergie, tout en laissant sur les pièces des surfaces utilisables.
Bruits et sons musicaux.
Les s dues au frottement sont un phénomène très banal. Les portes qui grincent, les freins de poids lourds qui hurlent dans la nuit, l'excitation de la chanterelle d'un par l'archet du Maître, en sont des exemples.
En 1829, a indiqué que la production de vibrations est particulièrement forte quand le frottement produit peu d'usure, et inversement. En tenant la craie « comme il faut », nous formons sur le tableau un dépôt large et opaque, en silence. En la tenant « mal », nous engendrons des crissements plus ou moins discordants ou d'autres types de sons dont nous reparlerons plus loin.
Le bruit des pièces en frottement peut devenir très gênant lorsque l'on se trouve dans l'impossibilité d'y échapper. Ainsi, les équipages de la Station Spatiale Internationale se sont plaints dès le début du niveau sonore trop élevé provoqué par de nombreux organes mobiles, au premier rang desquels on trouve les ventilateurs. Des amortisseurs spéciaux installés par le cosmonaute russe Guennadi Padalka et l'astronaute américain Michael Finke ont sensiblement réduit le niveau du bruit.
Triboélectricité.
a décrit comme « familière » la propriété de l' (elektron) qui acquiert par frottement le pouvoir d'attirer de menus objets.
"Elle était comme l'ambre et moi comme la paille", dit une vieille romance persane, "elle me touchait et je restais accroché à elle" ...
La (électricité dite "statique") produit facilement des tensions très élevées, redoutables en raison des risques d'incendie, de destruction de composants électroniques ... Elle se produit avec les solides mais aussi avec des liquides coulant dans des conduites ou des gaz en mouvement : on doit brancher le camion-citerne sur l'avion qu'il vient ravitailler, pour les mettre au même potentiel. On trouvera plus loin davantage de détails sur ces phénomènes, en particulier ici.
Triboluminescence.
D'une manière générale la luminescence est une émission lumineuse d'origine autre que thermique. On parle de triboluminescence à propos de la lumière issue de corps frottés ou broyés, sucre, sel gemme, craie ... Cette émission a été décrite dès le et Francis Bacon la mentionne en 1620. Pour la percevoir, il faut s'habituer à l'obscurité pendant quelques minutes, le temps pour la de se reformer dans la .
En 1790, la triboluminescence est bien connue dans l'industrie sucrière naissante, où l'on constate que de la lumière est émise lorsque l'on casse des pains de sucre pour obtenir des morceaux plus petits et plus commodes à utiliser. Dans l'obscurité, on peut la constater facilement en écrasant avec une pince des bonbons durs diversement parfumés, tels les « bonbons anglais » parfumés au et autres arômes plus ou moins chimiques. Selon la nature de ces arômes, mais aussi des colorants et autres additifs qui « dopent » le sucre, l'émission peut notablement varier en couleur et en intensité. Quand on les fait frotter, des morceaux de , édulcorant utilisé par les diabétiques, ou encore d', font merveille. À défaut, frotter du sucre avec un couteau ou décoller un morceau de ruban adhésif ... Les diamants brisés pendant qu'on les taille émettent paraît-il des éclats lumineux de couleur bleue ou rouge.
On ne comprend pas encore très bien comment les perturbations des réseaux cristallins occasionnées par le frottement, les rayures ou les cassures aboutissent à cette émission lumineuse. Il faut remarquer que la triboluminescence ne survient a priori qu'avec des s électriques et jamais avec des s, du moins quand les matériaux sont purs, la présence d'impuretés pouvant, pense-t-on, expliquer certaines exceptions.
On a découvert assez récemment que la transformation d'énergie mécanique en radiations électromagnétiques pouvait s'étendre à un domaine spectral bien plus large que la seule lumière visible. On sait par exemple qu'en décollant un ruban adhésif ordinaire dans le vide, on produit à la fois de la lumière visible et des ondes radio. Lorsque ce décollement est saccadé, il se produit un phénomène dit de « stick-slip » (colle-glisse) qui est étudié plus loin. Ce stick-slip s'accompagne de décharges de rayons X très brèves, de l'ordre de la nanoseconde, mais suffisamment intenses pour que l'on ait pu s'en servir pour radiographier un doigt.
Réactions chimiques.
Les surfaces subissent de nombreuses transformations, y compris diverses sortes de amorcées ou favorisées par frottement. Il y a là de nombreux pièges dans lesquels ne manquent pas de tomber les novices et qui de toute manière donnent toujours du fil à retordre aux gens d'expérience.
Le cas le plus fréquent est celui où il faut faire frotter deux composants mécaniques l'un contre l'autre dans un milieu physico-chimique plus ou moins hostile. Après avoir choisi deux matériaux réputés (individuellement !) résistants à ce milieu, disons au hasard un acier inoxydable par le et une , on lance la fabrication, on assemble le mécanisme, on met en marche ... et ô surprise, les matériaux se corrodent ...
Odeurs.
C'est une conséquence du déclenchement de réactions chimiques, de nombreuses substances émettent par frottement des s caractéristiques. On le vérifie aisément en entrechoquant deux rognons de ou en perçant certaines matières plastiques. Sir a signalé l'odeur fétide émise par frottement du .
Un doigt passé sur du ou un métal contenant du plomb prend une odeur caractéristique qui permet, par exemple, de distinguer rapidement un acier ordinaire d'un acier à usinabilité améliorée contenant 1 à 1,5 % de plomb. Évidemment, cette méthode d'analyse immédiate tombe en défaut les jours de rhume, mais si vous en avez fait l'expérience, peut-être éviterez-vous un jour d'acheter un bijou contenant 95 % de plomb durci que l'on aura tenté de vous faire passer pour de l' massif !
Le frottement et les électrons périphériques.
On peut maintenant, à juste titre, se demander ce qui peut bien relier des faits apparemment aussi disparates.
Les phénomènes « macroscopiques » comme l'échauffement, les vibrations, ... mettent en jeu les s, les s, la , etc. et on est à peu près en mesure de les étudier directement grâce aux lois habituelles de la et de la .
Les autres phénomènes nous obligent à réfléchir sur ce que veut dire exactement le mot « surface ». Vue du large, la , vers , France, se découpe en douces formes arrondies bien distinctes sur un fond de ciel bleu (il fait toujours beau en , c'est bien connu). Des parapentistes profitent des courants ascendants provoqués par ce relief isolé au milieu d'une vaste étendue plate. Si l'un d'eux fait une fausse manœuvre et pique tête baissée vers la dune, il va vite constater qu'il existe bel et bien une séparation entre deux milieux distincts. Pourtant, la dune du Pyla n'a pas à proprement parler de surface, puisqu'elle n'est rien d'autre que le tas de sable le plus haut d'Europe.
D'où la question qui, je le sens, vous taraude : les petits grains de sable ont-ils une surface ? Si nous les regardons dans le creux de notre main, ils nous apparaissent plutôt brillants mais vus au à balayage ils montrent un autre visage, plein de bosses, de crevasses, de rayures, de porosités, ... mais c'est encore une apparence ! Le nous permettrait d'y localiser les s, que nous pouvons nous représenter sous la forme d'un très massif entouré d'un « nuage » d's qui gravitent autour de lui.
Même si cette représentation est très grossière, imaginons qu'un « solide isolé » est un ensemble d'atomes et de molécules liés « rigidement », qui baigne dans un autre milieu « fluide » (atmosphère ou autre) composé quant à lui d'atomes et de molécules plus ou moins libres de leurs mouvements. Qui est aux premières loges lorsque deux solides frottent l'un contre l'autre ? Les électrons périphériques des atomes « extérieurs » de ces solides, qui sont directement concernés par les transferts d'énergie dus au frottement !
Arrachés ou rapportés en surnombre, ces électrons sont responsables de l'apparition de charges électriques positives ou négatives. Passant à un supérieur, dont ils redescendent en émettant des s, ils provoquent les phénomènes de triboluminescence. Ce sont encore eux qui déterminent les propriétés chimiques des s et que l'on appelle .
On comprend mieux dès lors que tous les phénomènes physiques et chimiques qui mettent en jeu les électrons périphériques peuvent être influencés par le frottement et avoir une influence sur lui. Vaste programme : l'étude théorique du frottement passe par celle des couches électroniques externes des atomes.
Documentation en ligne de OsiriX/Spécifications d'OsiriX
< ^ >
Fonctionnalité actuelle du programme.
Architecture Open-Source.
OsiriX
Tribologie/Facteurs de frottement
Définitions.
Les facteurs de frottement et d'adhérence (on dit aussi coefficients de frottement et d'adhérence) sont définis dans ce chapitre du livre.
Lorsque des efforts normaux sont transmis d'un corps à un autre essentiellement par des contacts d'aspérités, les facteurs de frottement varient typiquement de un à quelques dixièmes mais il existe beaucoup d'exceptions. Certains couples de matériaux permettent en effet d'obtenir des valeurs inhabituellement faibles, de l'ordre de quelques centièmes, tandis que d'autres procurent des valeurs beaucoup plus élevées, proches de l'unité ou même supérieures à un, en particulier dans des systèmes « fermés ». Les valeurs qui figurent dans le tableau ci-dessous relèvent de ces situations.
Les efforts normaux peuvent aussi être transmis par des couches fluides mises sous pression et cisaillées lors du mouvement. Toute adhérence disparaît alors et les valeurs du coefficient de frottement ne dépendent plus de la nature des matériaux en présence mais d'autres paramètres comme la vitesse, la pression, la viscosité et l'épaisseur de la couche fluide. Les valeurs varient alors de quelques millièmes à l'infini, puisque la déformation du fluide peut engendrer des efforts tangentiels sans que le moindre effort normal soit transmis. Ces coefficients de frottement n'ont pas leur place dans ce chapitre, leur étude relève de la technologie des guidages lisses.
Il en va de même pour les coefficients de frottement de roulement qui, rappelons-le, sont des longueurs.
Notations.
D'une manière générale il est préférable d'utiliser la lettre f plutôt que la lettre µ pour désigner les facteurs de frottement. En effet, dans les systèmes faisant intervenir des fluides, µ représente la viscosité dynamique et il convient d'éviter tout mélange des genres...
Gamme de variation.
Le facteur de frottement est une grandeur qui varie très fortement en fonction de très nombreux paramètres : état de surface et lubrification évidemment, mais aussi vitesse, pression, temps de maintien en charge, etc. On relève les ordres de grandeur suivants :
Valeurs numériques indicatives.
Les valeurs qui suivent sont des ordres de grandeur donnés à titre purement indicatif. Du reste dans les documentations techniques on trouve souvent des données très divergentes.
Tribologie/Diverses approches
Approche économique.
Le frottement et l'usure sont responsables de pertes économiques colossales. Voici quelques exemples chiffrés :
Angleterre.
En 1966, le "Department of Education and Science" estimait à 1 000 000 000 de livres sterling par an les pertes du pays par frottement et usure. Les économies possibles étaient évaluées à :
On montre aussi dans cette étude que les pertes économiques provoquées par l'usure sont au moins 10 fois plus importantes que celles dues aux forces de frottement.
Notons qu'à cette époque le SMIC représentait 500 F par mois et que l'on a beaucoup manifesté en 1968 pour qu'il soit porté à 650 F, à peu près 100 €. La baguette de pain coûtait 0,37 F et la livre sterling valait environ 20 F.
URSS.
Le frottement et l'usure coûtent 10 à 12 milliards de roubles par an (Kragelsky, Développement de la science relative à l'usure, au frottement et à la lubrification des corps durs en URSS, Journal du frottement industriel, n°6, Janvier 1980).