Experimental investigation of the relationship between noise occurrence and the load-bearing area in dry sliding contact

Les freins à friction peuvent induire des vibrations et du bruit, notamment le crissement, qui constitue un enjeu de santé publique majeur. Le crissement résulte d’une instabilité dynamique, responsable de vibrations de grande amplitude et d’émissions sonores intenses. Si le phénomène est bien connu en soi, l'origine des occurrences de crissement demeure mal comprise. Il est reconnu que le crissement est lié à de nombreux facteurs, parmi eux notamment l'usure des organes de friction. La nature multi-échelle des couplages physiques, la complexité des matériaux de friction et la nature fermée du contact, sont cependant autant d'obstacles à la compréhension de son apparition.Ce travail expérimental s'appuie sur la tribologie à trois corps et la notion de circuit tribologique pour explorer les mécanismes source de crissement, considérant que les écoulements du troisième corps modifient continuellement les surfaces de frottement et donc l’aire de portance pendant le glissement.L'objectif des travaux est d'examiner le lien entre l’évolution du troisième corps, celle du triplet tribologique et l'apparition du bruit en condition de frottement sec. Pour cela, un tribomètre élémentaire, dédié à l'analyse vibratoire d’un contact est utilisé, l’expérimentation permettant l’observation de l'interface à travers un disque transparent et un contrôle du circuit tribologique par l’usage d’un troisième corps artificiel et d’une configuration de contact appropriée. Les résultats montrent en particulier que l'apparition du crissement est fortement liée à la densification et à la redistribution de la couche de troisième corps dans le contact au cours du glissementFriction brakes can induce vibrations and noise, including squealing, which is a major public health concern. Squeal results from dynamic instabilities, leading to high amplitude vibrations and intense noise emissions. Although the phenomenon is well known, the origin of squealing occurrences remains poorly understood. It is recognized that squealing is related to many factors, including the wear of the friction parts. However, the multi-scale nature of physical couplings, the complexity of friction materials and the closed nature of contact are all obstacles to understanding its appearance.This experimental work is based on the third-body approach and the notion of a tribological circuit to explore the mechanisms originating squeal, considering that flows of third body at the interface continuously change the friction surfaces and thus the load-bearing area during the slip.The objective of the work is to examine the link between the change of the third body, that of the tribological triplet and the appearance of noise in dry friction conditions. For this purpose, an elementary tribometer dedicated to the analysis of contact vibrations is used, the experiment allowing a monitoring of the interface through a transparent disc and a control of the tribological circuit by the use of an artificial third body and an appropriate contact configuration. The results show in particular that the appearance of squealing is strongly related to the densification and redistribution of the third-body layer in the contact during slidin