Un nouveau type de frottements à l’échelle nanométrique

 

Que ce soit au sein de pièces mécaniques, de prothèses pour articulations ou de capteurs, les frottements sont une cause d’usure et de pertes d’énergie. La tribologie s’attache donc à l’étude de ces phénomènes en cherchant à comprendre les mécanismes physiques qui les engendrent.

C’est dans ce domaine que des chercheurs de l’Université technique de Munich (TUM, Bavière) soutenus par l’Agence allemande de moyens pour la recherche (DFG) et le Centre d’excellence « Nanosystems Initiative Munich » (NIM, Bavière) ont mené à bien une étude, dans laquelle ils ont analysé et expliqué un phénomène ayant lieu à un niveau nanométrique et qui était jusque là inconnu, le phénomène dit d’adhérence de désorption.

Cette découverte a eu lieu alors que les chercheurs essayaient de déterminer des lois fondamentales de la physique des frottements au niveau moléculaire, en vue de produire des surfaces antifriction ou des lubrifiants. Pour cela, ils ont cherché à comprendre comment et pourquoi les molécules de polymères, dans différents solvants, glissent ou au contraire adhèrent sur des surfaces déterminées. Dans cet objectif, ils ont fixé à l’extrémité d’une molécule la pointe nanométrique d’un microscope à force atomique (AFM). Pendant que les chercheurs enduisaient la surface test de molécules, le microscope mesurait la force résultante, ce qui permettait ensuite de déduire directement le comportement du polymère.

En général, les comportements attendus d’adhérence et de glissement avaient lieu. Cependant dans certaines combinaisons solvant-surface-polymère, le comportement était surprenant. Le polymère, qui se trouve sous une forme de bobine enroulée, adhérait certes à la paroi, mais il était possible de retirer sans effort important un brin de polymère de cette bobine. Pour les chercheurs, la cause de ce phénomène, baptisé adhérence de désorption, réside dans de très faibles frottements à l’intérieur même de la bobine.

De façon surprenante, l’effet « d’adhérence de désorption » ne dépend ni de la vitesse, ni de la surface de contact, ni de l’adhérence du polymère. Au contraire, les paramètres déterminants seraient la nature chimique de la surface et le solvant. Par exemple, le polystyrène hydrophobe a un comportement de pur glissement lorsqu’il est dilué dans le chloroforme mais présente au contraire un comportement d’adhérence de désorption dans l’eau.

Cette recherche ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine de la réduction des frottements, par exemple pour le développement de surfaces spécifiques.

 

Pour en savoir plus, contacts :

– Pour plus d’informations, ce résultat a fait l’objet d’une publication dans la revue « Angewandte Chemie », consultable à l’adresse suivante: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201301255/abstract
– Prof. Dr. Thorsten Hugel, département de physique, TUM – tél. : +49 89 289 12884 – email : thorsten.hugel@ph.tum.de

Sources :

« Reibung in der Nano-Welt », communiqué de presse de l’Université technique de Munich – 15/05/2013 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/gtZ3I

Rédacteurs :

Grégory Arzatian, gregory.arzatian@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr