Un moyen de régler la friction sur une surface plane sans recourir aux mathématiques

L'image montre une vue d'artiste d'une métainterface entre un solide transparent lisse rigide en haut et un solide doux et rugueux en bas. Les ellipses texturées représentent de véritables régions de contact. La topographie est constituée d'un ensemble d'aspérités sphériques, chacune ayant une hauteur spécifiquement conçue. Crédit :Nazario Morgado

Une équipe d'ingénieurs en microsystèmes de l'Université de Lyon, l'École Centrale de Lyon a développé une méthode pour créer une quantité souhaitée de friction entre deux surfaces planes sans recourir aux mathématiques. Leur projet est rapporté dans la revue Science . Viacheslav Slesarenko et Lars Pastewka, tous deux de l'Université de Fribourg, ont publié un article Perspective dans le même numéro de revue, décrivant le travail effectué par l'équipe en France.

La friction, la traînée produite lorsque deux matériaux sont pressés et déplacés l'un contre l'autre, est devenue un facteur majeur dans la conception des propriétés électroniques modernes. De la friction d'un doigt sur l'écran d'un téléphone aux capteurs en cours de développement pour les mains des robots, la friction, sa mesure et son contrôle sont devenus une préoccupation majeure pour les ingénieurs en électronique.

Malheureusement, malgré son omniprésence, le calcul des coefficients de frottement reste une proposition difficile en raison du grand nombre de caractéristiques des matériaux individuels. Dans ce nouvel effort, des chercheurs français ont trouvé un moyen plus rapide d'obtenir la quantité de friction souhaitée entre deux objets plats.

Le film montre une expérience illustrative qualitative montrant que deux métainterfaces peuvent avoir des comportements de friction similaires ou différents, en fonction de la plage de force normale appliquée. La force normale faible correspond à la poids des échantillons nus, environ 5 g. La grande force normale correspond à un poids supplémentaire d'environ 10 g (plaque rectangulaire en polymère placée au dessus de chaque échantillon). Pour chaque force normale, les deux échantillons sont entraînés par le même déplacement tangentiel, ∆, grâce aux ressorts de chargement Lorsque les échantillons glissent (distances de glissement non nulles SR et SB), les longueurs des ressorts (LR et LB) permettent de visualiser si les forces de frottement sont similaires ou différentes. Crédits :Davy Dalmas &Julien Scheibert

La majeure partie des frottements impliqués entre deux surfaces planes est due aux projections sur l'une ou l'autre surface. Lorsque de minuscules bosses sur une surface entrent en collision avec les petites bosses sur une autre, elles doivent se surmonter pour permettre le glissement. Le travail innovant de l'équipe a consisté à créer un type de surface plane avec des bosses réglables.

Pour créer leur surface, l'équipe de recherche a utilisé un élastomère de type caoutchouc, qu'ils décrivent comme une métainterface en raison de ses bosses réglables, dont chacune peut être ajustée individuellement en hauteur. En modifiant la hauteur des bosses, l'équipe a pu modifier la quantité de friction produite lorsqu'une autre surface plane était pressée contre elle puis glissait d'un côté. Les chercheurs ont découvert qu'en ajustant systématiquement la hauteur des bosses, ils pouvaient se concentrer sur la quantité de friction souhaitée.

L'image montre une esquisse d'une métainterface entre un solide transparent lisse rigide en haut et un solide rugueux bleu doux en bas. Les ellipses gris foncé représentent de véritables régions de contact. La topographie est constituée d'un ensemble d'aspérités sphériques, chacune ayant une hauteur spécifiquement conçue. La flèche rouge montre la direction du mouvement appliqué au solide supérieur pour sonder le comportement de friction de la métainterface. Crédit :Nazario Morgado

Ils ont testé leur métainterface en plaçant une vitre dessus, en appliquant une pression, puis en la faisant glisser d'un côté puis de l'autre. En utilisant cette approche, ils ont découvert qu'ils pouvaient non seulement créer des matériaux avec le degré de friction souhaité, mais également démontrer plusieurs lois de friction.

Plus d'informations : Antoine Aymard et al, Conception de métainterfaces avec des lois de friction spécifiées, Science (2024). DOI :10.1126/science.adk4234

Viacheslav Slesarenko et al, La route cahoteuse vers le contrôle des frictions, Science (2024). DOI :10.1126/science.adn1075

Informations sur le journal : Sciences