Lead
Prof. Jean-Francois Molinari, EPFL

Lay summary

La mécanique du contact et le frottement ont une importance considérable partout où il y a du mouvement. Beaucoup de nos connaissances restent néanmoins empiriques. Ce projet a pour but d’améliorer la robustesse des théories existantes en incorporant dans la physique du contact la rugosité des surfaces.

Le frottement est tout autour de nous, dans les machines jusqu’aux tremblements de terre. La compréhension fondamentale de ce mécanisme reste limitée. Ceci peut être expliqué par la grande complexité des mécanismes physiques entrant en jeu à de nombreuses échelles de grandeur. Le rôle joué par la rugosité des surfaces bien que primordiale n’est pas encore bien compris. La rugosité dicte où se trouvent les microcontacts (c’est-à-dire aux sommets des aspérités qui se touchent) et donc les forces de frottement. Le but de ce projet est de prendre en compte explicitement les interactions entre aspérités afin d’obtenir une base théorique physique de la mécanique du contact. Le but ultime est d’expliquer l’origine de certains paramètres empiriques des lois de frottement « rate and state ». L’outil d’investigation est la simulation numérique à haute performance.

Des simulations numériques sont conduites avec des surfaces rugueuses statistiquement représentatives, c’est-à-dire avec de nombreuses aspérités. L’objectif est d’établir un lien entre la rugosité, soit la géométrie, les chargements, et le développement de la surface réelle de contact qui est constituée de nombreux micro contacts. Nous suivrons l’évolution de ces microcontacts en fonction du glissement afin d’enrichir la physique des modèles phénoménologues de frottement.

Cette recherche se propose d’expliquer l’origine de paramètres purement phénoménologiques des lois de frottement utilisées en ingénierie et en géophysique pour modéliser les tremblements de terre. Cette recherche fondamentale permettra de mieux comprendre le lien entre les interactions microscopiques (contact aux aspérités) et les instabilités de glissement macroscopiques.