Les préoccupations environnementales ont rendu prioritaire le développement de lubrifiants non inflammables, à haute capacité calorifique spécifique et à hautes performances, stimulant ainsi l’intérêt pour des formulations à base aqueuse. L’un des principaux défis pour leur adoption à grande échelle réside dans l’obtention d’un faible coefficient de frottement sur une large gamme de vitesses. Un mélange à faible viscosité, constitué de polyalkylène glycol (PAG), d’eau et de diéthylène glycol, permet d’atteindre un régime de supraglissement (coefficient de frottement ≤ 0,01) à des vitesses de roulement supérieures à 150 mm/s. Toutefois, à des vitesses plus faibles, en roulement ou en glissement, le frottement reste important.
Cette limitation peut être levée grâce à l’introduction de molécules de Gallate, à la fois écologiques et non toxiques, utilisées dans l’industrie alimentaire. Par exemple, l’ajout de 1 % de gallate de lauryle permet de stabiliser le coefficient de frottement autour de 0,04, sans usure détectable. Pour que ces molécules exercent pleinement leurs effets anti-friction et anti-usure, elles doivent comporter des chaînes alkyles d’au moins huit atomes de carbone.
Des simulations de dynamique moléculaire à grande échelle ont été menées pour élucider les mécanismes à l’origine de cette lubrification remarquable. Celles-ci ont été rendues possibles par l’intégration de techniques avancées d’apprentissage automatique, permettant d’atteindre une précision comparable à celle de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), tout en simulant de larges systèmes sur des durées prolongées.
Les résultats révèlent que la lubrification exceptionnelle procurée par les gallates repose sur l’ancrage fort des molécules qui se chimisorbent sur la surface du fer selon des orientations bien définies. Cette adsorption est déterminée par les groupes de tête, en l’occurrence les groupes hydroxyles (OH) et le noyau aromatique, et n’est pas fortement influencé par la longueur de la chaîne alkyle, car l’interaction entre ces chaînes et la surface est essentiellement de nature dispersive, quel que soit leur longueur. Cette ancrage favorise la formation, par les chaînes alkyles, d’un coussin inerte à l’interface acier/acier. Cette zone tampon chimiquement stable isole efficacement les surfaces métalliques, facilitant la formation d’un film tribologique protecteur qui réduit significativement le frottement et l’usure. L’efficacité du mécanisme dépend clairement de la longueur des chaînes alkyles.
Cette étude, fondée sur une approche combinant expérimentation et modélisation, apporte des éléments clés pour le développement de lubrifiants durables, contribuant à faire progresser le champ de la tribologie verte.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842025000604?via%3Dihub
