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Les cristaux liquides feraient d'excellents lubrifiants !

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Pour certains dispositifs mécaniques, les cristaux liquides employés comme lubrifiants diminuent tellement les forces de frottement qu'elles ne sont presque plus mesurables. C'est ce que viennent de découvrir des chercheurs allemands de l'Institut Fraunhofer.

Le dispositif mécanique utilisé pour les expériences des chercheurs. Crédit : Fraunhofer IWM, Fraunhofer-Gesellschaft

L'un des problèmes récurrents pour la conception de moteurs ou de systèmes mécaniques équipés, par exemple, de roulements à billes est de diminuer le plus possible les forces de frottement entre les pièces. Il ne s'agit pas seulement d'assurer une usure moins rapide des machines ou d'éviter un échauffement trop important. Beaucoup d'énergie est dissipée en pure perte, même avec les lubrifiants les plus modernes. A l'échelle de la planète, les aéroports, avec leurs tapis de transport des bagages et leurs trottoirs roulants pour les passagers, dissipent ainsi plusieurs gigawatts qui s'envolent dans les airs...

Pour les moteurs de voitures, face à la raréfaction prochaine des ressources en pétrole et à la flambée des prix du baril, même une réduction de quelques pourcents de la consommation grâce à de meilleurs lubrifiants serait évidemment bienvenue.

A la tête du Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM à Freiburg en Allemagne, le docteur Andreas Kailer et ses collègues, dont certains sont membres du Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP à Potsdam, se sont interrogés sur la possibilité d'utiliser les cristaux liquides comme lubrifiant.

Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) Crédit : Ecole Polytechnique - Bibliothèque centrale.

Nouveau problème industriel : fabriquer des cristaux liquides de qualité médiocre

Il existe une théorie des forces de frottement dont les lois fondamentales ont été découvertes par Léonard de Vinci et surtout Charles-Augustin de Coulomb, plus connu pour ses études et sa loi sur les forces électrostatiques. Les chercheurs les ont utilisées pour réaliser des expériences avec un cylindre métallique exerçant une certaine pression sur une surface et que l'on déplaçait ensuite latéralement avec un mouvement de va-et-vient.

De façon surprenante, alors que la force de frottement reste constante avec de l'huile, si l'on utilise une couche de cristaux liquides, les forces de frottement se mettent à diminuer pour devenir presque nulles au bout d'un temps qui dépend de la pression exercée par le cylindre. Mais il y a cependant une limite : la force de pression exercée par le cylindre sur la surface ne doit pas être trop élevée, faute de quoi le pouvoir lubrifiant des cristaux liquide se réduit.

Les roulements à billes sont le siège de forces de pression en général trop importantes pour que les cristaux liquides soient envisageables. En revanche, ils conviendraient parfaitement aux paliers lisses, par exemple pour assurer un guidage en rotation par glissement.

La limite est aussi celle du prix de revient. Les cristaux liquides produits industriellement sont destinés aux écrans LCD et doivent être ultra-purs. Leur coût de fabrication est trop élevé pour en faire des lubrifiants. Mais il semblerait que des cristaux liquides de moins bonne qualité soient tout aussi efficaces. Il suffirait donc de trouver une bonne voie de synthèse industrielle...

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