Matériaux caoutchouteux
Morphologies, formulations, adhérence, glissance et usure
Gilles Petitet
Michel Barquins
Presses polytechniques et universitaires romandes
PréfaceV
Avant propos1
1 Le caoutchouc : une longue histoire5
1.1 L'arbre qui pleure5
1.2 Les premiers utilisateurs du latex : les Olmèques5
1.3 Le jeu de pelote et le symbolisme7
1.4 Les premiers aventuriers9
1.5 Charles Marie de La Condamine et les autres conquérants français du Nouveau Monde11
1.6 La récolte du latex et son utilisation14
1.7 L'Angleterre : pionnière dans l'utilisation du caoutchouc17
1.8 La découverte fortuite de la vulcanisation du caoutchouc21
1.9 Utilisations des caoutchoucs jusqu'à nos jours23
1.10 Retour sur l'épopée des conquistadors28
1.11 Retour en Angleterre30
1.12 Des premiers bandages de caoutchouc aux pneumatiques34
1.13 La naissance du pneumatique35
1.14 Le caoutchouc au début du XXe siècle40
1.15 Le caoutchouc synthétique44
Bibliographie47
2 Formulations et critères de choix49
2.1 Introduction49
2.2 Notions chimiques de base et petit lexique à l'usage du mécanicien49
2.2.1 Introduction49
2.2.2 Les principales fonctions chimiques50
2.2.3 Procédés d'obtention des élastomères55
2.2.4 Liaisons physicochimiques57
2.2.5 Échelles caractéristiques58
2.3 Formulation des élastomères59
2.3.1 Introduction59
2.3.2 Matrice élastomère60
2.3.3 Charges60
2.3.4 Plastifiants66
2.3.5 Agents de vulcanisation67
2.3.6 Agents de protection68
2.3.7 Ingrédients divers69
2.3.8 Bilan69
2.4 Mise en forme et caractérisation des élastomères69
2.4.1 Mise en forme69
2.4.2 Essais de caractérisation73
2.5 Conclusion75
Bibliographie76
3 Comportement mécanique79
3.1 Introduction79
3.2 Élasticité des élastomères réticulés79
3.2.1 Introduction79
3.2.2 Théories physiques de l'élasticité caoutchouteuse81
3.2.3 Lois de comportement87
3.2.4 Applications aux essais de caractérisation93
3.2.5 Bilan97
3.3 Propriétés dissipatives des élastomères réticulés97
3.3.1 Introduction97
3.3.2 Aspect physicophysique97
3.3.3 Lois de comportement102
3.3.4 Remarques114
3.4 Quelques notions sur les propriétés limites115
3.4.1 Introduction115
3.4.2 Notions fondamentales116
3.4.3 Spécificités des élastomères118
3.4.4 Application aux essais de caractérisation123
3.4.5 Bilan124
3.5 Conclusions125
Bibliographie126
4 Contact et adhérence133
4.1 Introduction133
4.2 Théorie de l'adhérence134
4.2.1 Le point de vue thermodynamique134
4.2.2 Équilibre du système136
4.2.3 Stabilité de l'équilibre du système139
4.2.4 Force d'adhérence quasi statique141
4.2.5 Autres considérations sur les forces et les déplacements imposés142
4.2.6 Facteur d'intensité des contraintes et taux de restitution d'énergie144
4.2.7 Les pertes viscoélastiques145
4.2.8 Représentation de Berry148
4.3 Mesure de l'adhérence150
4.3.1 Le pelage150
4.3.2 Le pelage spontané153
4.3.3 Le roulement d'un cylindre160
4.3.4 Le contact adhésif de poinçons axisymétriques166
4.4 Conclusion252
Bibliographie253
5 Glissance259
5.1 Préambule259
5.2 Introduction267
5.3 Le glissement commençant270
5.4 Le glissement global276
5.4.1 Les déformations dans la zone de contact277
5.4.2 Influence de la charge d'appui P282
5.4.3 Influence du rayon R de courbure du frotteur284
5.4.4 Influence de la vitesse et de la température287
5.4.5 Les plis de décollement de Schallamach294
5.5 Le roulement d'une bille rigide310
5.5.1 Le roulement libre314
5.5.2 Le roulement avec glissement320
5.5.3 Le roulement avec envirage323
5.5.4 Bilan327
Bibliographie328
6 Résistance à l'usure335
6.1 Introduction335
6.2 Modes généraux d'usure et faciès d'usure des élastomères335
6.2.1 Modes généraux d'usure336
6.2.2 Principaux faciès d'usure342
6.3 Outils de mesure et de caractérisation346
6.3.1 Tribomètres347
6.3.2 Caractérisation mécanique349
6.3.3 Caractérisation géométrique360
6.3.4 Descripteurs physiques de l'usure364
6.3.5 Autres caractérisations366
6.3.6 Exemples d'application367
6.3.7 Bilan369
6.4 Grandeurs fondamentales de l'usure et applications aux élastomères369
6.4.1 Contacts370
6.4.2 Conditions expérimentales375
6.4.3 Paramètres du matériau384
6.5 Modèles d'usure des élastomères387
6.5.1 Usure cohésive388
6.5.2 Usure interfaciale. Approche de Rabinowicz403
6.6 Cas du pneumatique405
6.6.1 Rôle et structure d'un pneumatique405
6.6.2 Contexte général de l'usure d'un pneumatique406
6.6.3 Glissements à l'interface pneumatique/chaussée407
6.7 Conclusion409
Bibliographie410
7 Application aux pneumatiques417
7.1 Composition et fabrication d'un pneumatique moderne418
7.2 Fonctions du pneumatique422
7.3 Caractéristiques géométriques des chaussées423
7.4 Comportement du pneumatique425
7.5 Résistance au roulement428
7.5.1 Influence des paramètres liés au pneumatique430
7.5.2 Rôle des conditions d'emploi et de l'environnement432
Bibliographie435
Liste des symboles437
Index441