A study of the temperature influence on the triboreactions of carbonaceous materials : An application to the aeronautical breaking of Carbone/Carbon composite

L’objectif de ce travail est d’étudier quantitativement l’évolution des propriétés de surface des matériaux carbonés et leur réactivité dans les conditions proches de celles rencontrées lors du taxiage des avions. Les essais de freinage ont été réalisés à l’aide d’un Banc d’Essai Tribométrique à Simulation Inertielle. Les composites C/C frottés et les débris d’usure sont caractérisés par des techniques non-conventionnelles multi-échelles. Les composites frottés (dans leur totalité) et les débris d’usure sont caractérisés par thermo-désorption programmée et chimisorption d’oxygène. Ces analyses permettent de déterminer la nature et la quantité de groupes fonctionnels et la teneur en sites actifs, caractéristique de la réactivité intrinsèque du carbone et responsable de l’interaction avec les espèces gazeuses de l’environnement. Ces caractérisations sont complétées par des analyses morphologiques, structurales et texturales par microscopies, diffractions des rayons X, adsorption de gaz. L’analyse des caractéristiques physico-chimiques des débris d’usure et des disques frottés permet de remonter aux réactions tribochimiques ayant eu lieu dans le contact : des réactions chimiques entre l’oxygène ou l’eau et les liaisons C-C rompues ont été mises en évidence. Un modèle permettant de justifier les différences de propriétés tribologiques lors des essais de taxiage a été proposé. Ce modèle, basé sur la réactivité du système et sur les propriétés de l’interface de frottement, permet d’élucider les problématiques liées à la température dans ce type de système.The objective of this work is to study quantitatively the evolution of carbon materials surface properties and reactivity under breaking conditions similar to those encountered during taxiing. The breaking tests were carried out using a Tribometric Test Bench. The rubbed C/C composites and the wear debris collected are then characterized by mutiscale unconventional techniques. The whole rubbed composites and the wear debris are characterized by Temperature-Programmed Desorption and by oxygen chemisorption. These analyzes are used to determine the nature and amount of functional groups and the content of active sites that is characteristic of the reactivity of the carbon material and also responsible of its interaction with the surrounding environment. The characterizations are completed by morphological, structural and textural analysis, such as Electron Microscopy, X-Ray Diffraction and gas adsorption. The analysis of the physic-chemical characteristics of wear debris and of the rubbed discs enables to evidence the tribochemical reactions occurring in the mechanical contact: chemical reactions between oxygen or water and the broken C-C bonds have been evidenced. A model is finally proposed, justifying the differences in the tribological properties during taxiing tests. The later is based on the carbon reactivity and on the interface properties and justify the temperature dependence of this system