Mécanique du contact - Imagerie

Nous avons développé des méthodes d’imagerie des interfaces rugueuses de type élastomère-verre permettant d’extraire optiquement par corrélation d’images les champs de déplacements de l’interface. Combinées à des méthodes d’inversion développées par A. Chateauminois et C. Frétigny du laboratoire PPMD de l’ESPCI, ces mesures ont permis de remonter au champ des contraintes interfaciales dans le contact en régime de frottement et d’étudier précisément la transition vers le glissement dans un contact étendu sphère-plan de type Hertz. Nous avons ainsi mis en évidence l’existence d’une région annulaire de microglissement qui envahit progressivement le contact quand la charge tangentielle appliquée augmente, en accord qualitatif avec le modèle proposé par Cattaneo et Mindlin (CM) (voir la Figure).

Figure : Champs de déplacements 2D pour une force tangentielle appliquée croissante (1 à 6) sous une charge normale constante. Le cercle rouge délimite la zone de contact apparent. Les profils sont des coupes le long de y=0.

Quantitativement, nos mesures ont pourtant révélé des écarts significatifs au modèle des champs de déplacements et des champs de contraintes, reflet direct d’hypothèses trop simplificatrices de ce modèle. En particulier, nos mesures optiques ont permis de mettre en évidence une loi de frottement locale de type elasto-plastique qui diffère de la loi rigide-plastique supposé dans le modèle de CM. Cette loi constitutive locale, qui fait intervenir une échelle de longueur caractéristique liée à la rugosité de la couche, est en accord avec les prédictions du modèle de Bureau et al. [Proc. R. Soc. London A 459, 2787 (2003)] obtenue pour une interface multi-contact macroscopique chargée uniformément. Ces résultats ont permis d’étendre la validité du modèle de Bureau et al. à des échelles spatiales mésoscopiques.