« Performances tribologiques des nanoparticules de MoS2 utilisées en tant qu’additifs de lubrification : influence de la cristallinité et de l’environnement »

Mots-clés : nanoparticules, additifs, MoS2, lubrification, cristallinité, environnement, dispersant, oxydation

Rendez-vous le lundi 29 Avril à 9h00 dans l’amphi 3 du bâtiment W1, à l’École Centrale de Lyon (campus d’Écully)

COMPOSITION DU JURY

P. MONTMITONNET, Directeur de Recherche CNRS Mines Paris, Rapporteur

J. FERNANDEZ PEREZ, Professeure USC, Rapporteuse

C. GAUTIER, Professeure LMI – UCBL, Examinatrice

F. DASSENOY, Professeur LTDS – ECL, Directeur de thèse

L. JOLY-POTTUZ, Maître de Conférences MATEIS – INSA Lyon, Co-encadrante

P. AFANASIEV, Directeur de Recherche CNRS – IRCE Lyon, Invité

RÉSUMÉ

La production d’électricité, représentant environ 40 % du total de CO2 émis dans l’atmosphère, est suivie de près par le secteur des transports, qui contribue à environ un quart de ces émissions. Les trois quarts des émissions du secteur des transports sont attribués au transport routier, qui inclut à la fois le transport de marchandises et les voitures de particuliers. Un tiers de l’énergie consommée par ces véhicules est utilisé pour compenser les pertes par frottement. Ainsi, face aux conséquences environnementales, il est impératif de réduire la consommation de carburant, d’optimiser l’efficacité énergétique des moteurs, et par conséquent, d’atténuer les émissions de polluants. Cela exige le développement de nouveaux lubrifiants hautement performants.

Les lubrifiants sont composés d’huile de base et d’additifs. Parmi tous ces additifs, les modificateurs de frottement et anti-usure jouent un rôle clé dans la réduction du frottement et la protection des surfaces. Ces dernières années, des nanomatériaux avancés tels que les nanoparticules inorganiques de type fullerène (IF) fabriquées à partir de disulfures métalliques (MoS2, WS2) ont été développés. Ils présentent des propriétés tribologiques avantageuses dans des conditions de lubrification bien contrôlées. Malgré de bons résultats préliminaires, des gains encore plus importants en termes de consommation (et donc en termes de réduction des émissions) pourraient être obtenus si les performances tribologiques des nanoparticules de type fullerène étaient optimisées.

L’objectif principal de cette thèse consiste à trouver les meilleures conditions d’essai visant à optimiser les performances tribologiques des nanoparticules de MoS2. Nous nous sommes focalisés à la fois sur l’influence de la cristallinité des particules (faible, moyenne ou haute) ainsi que sur l’effet de l’environnement (oxydation, température) sur les propriétés lubrifiantes des nanoparticules, ce dernier point ayant été identifié dans les études précédentes comme étant un potentiel obstacle dans le développement de nouveaux lubrifiants à haute performance et respectueux de l’environnement. Nous avons montré que les particules faiblement cristallisées permettent une meilleure réduction du frottement à température ambiante que les particules hautement cristallisées, lesquelles se montrent toutefois plus résistantes aux températures élevées (> 50 °C).

Nous avons également vu que l’ajout d’un dispersant permettait d’améliorer les propriétés tribologiques des nanoparticules à 100 °C, mais entraîne une détérioration à température ambiante en perturbant la formation du tribofilm de MoS2, notamment pour les nanoparticules hautement cristallisées. Une compétition entre l’adsorption du dispersant sur les surfaces et sur les nanoparticules influence la formation du tribofilm et donc les propriétés tribologiques.

Finalement, une étude menée en environnement strictement contrôlé, à différentes pressions d’oxygène et à différentes températures a permis de déterminer précisément l’impact de l’oxydation des particules sur leurs propriétés réductrices de frottement.