Etude des mécanismes d’usure en oxygène liquide


Thèse de Satia CAUTAIN (Tribologie et Matériaux)

Type :

Doctorat

Date de soutenance :

27/01/2014

Mots-clés :

Tribologie, Oxygène liquide , PCTFE

Directeur(s) de thèse :

François ROBBE-VALLOIRE

Co-directeur(s) externe(s) :

Jean-Luc BOZET, Université de Liège

Ecole doctorale :

Ecole Centrale de Paris


Jury :

François ROBBE-VALLOIRE - directeur
Jean-Luc BOZET, Université de Liège - co-directeur
Najib LARAQI, Université Paris 10 - rapporteur
Caroline RICHARD, Polytech’ Tours - rapporteur
Antoine CHAUTEAUMINOIS, ESPCI
Daniel CORNU, SNECMA
Jérôme DEHOUVE, CNES

Résumé :

L’oxygène liquide est utilisé principalement dans le domaine de la propulsion spatiale et la connaissance des mécanismes d’usure dans cet environnement est donc indispensable pour le développement des différents moteurs. Ce domaine est mal connu car l’oxygène liquide est un des rares fluides à associer trois propriétés spécifiques pouvant influencer les mécanismes du contact. Ces trois propriétés tribologiques spécifiques sont l'état liquide, la réactivité et la température cryogénique.
Une campagne d'essais a été réalisée dans le cadre du projet européen In Space Propulsion-1 (ISP-1) afin d'identifier l'influence de chacune de ces propriétés sur un contact PCTFE/métal. Plusieurs comportements ont ainsi été explicités. D'abord, la présence de lubrification limite a été mise en évidence dans le cas d'un contact en azote liquide. Ensuite, la rugosité de la piste s’est révélé un paramètre fortement influent sur l'usure, les frottements ainsi que sur la formation d'un film de transfert de PCTFE sur le disque. Ce transfert de PCTFE a une grande influence sur le contact. Son épaisseur ainsi que sa régularité influencent directement les mécanismes du contact et plus particulièrement l'usure. Enfin, ces films de transfert se forment rapidement et leur épaisseur augmente avec la distance de glissement, changeant ainsi la vitesse d'usure. Tous ces mécanismes sont très dépendants de la température de surface au niveau du contact qui peut modifier les paramètres des matériaux. L'étude a donc été complétée en comparant une évaluation théorique de la température de surface avec une extrapolation de cette même température à partir des données mesurées dans le pion pendant la réalisation des essais.