Valorisation tribologique de la biomasse pour la bio-lubrification : Etude de l’influence de particules solides et d’huiles végétales

 

Champs disciplinaires : Tribologie, Caractérisation physicochimique, Imagerie, Mécanique, Science des Matériaux
Mots clés : Biomasse, Biolubrifiants, Additifs, Particules, huiles végétales, charbon, fluoration

Contexte :
Les lubrifiants conventionnels sont généralement constitués d’une base lubrifiante et d’additifs sous forme liquide ou solide dont le rôle est d’améliorer les propriétés initiales de la base lubrifiante [1,2]. Les bases lubrifiantes sont pour la plupart élaborées à partir d’une huile minérale issue de l’industrie pétrolière. Les additifs anti-usure et anti-frottement ont montré leur efficacité dans le domaine de la lubrification en raison de la formation de films protecteurs en fonction de la nature des surfaces en contact [3–5]. Afin de limiter l’usure des pièces frottantes lors de l’établissement des tribofilms, de nouvelles stratégies de lubrification ont été mises en place conduisant à la formation instantanée du film tribologique sans réactions chimiques avec les substrats. Ces nouveaux additifs doivent également permettre de répondre à des normes environnementales qui imposent par exemple de réduire la concentration en soufre et en phosphore dans les lubrifiants. Le secteur industriel et économique s’oriente donc vers des formulations alternatives utilisant des lubrifiants plus respectueux de l’environnement. L’étude des huiles végétales comme base lubrifiante ou comme additifs pour la lubrification connait une avancée récente et exponentielle [6,7]. En effet, de par leur structure polaire, les huiles végétales possèdent d’excellentes propriétés en termes d’adhésion aux surfaces métalliques, une longévité accrue qui permet de pallier aux conditions sévères de la lubrification limite. Les huiles végétales présentent un taux dégradation élevé qui limite leur impact environnemental lié aux pertes de lubrifiants dans le milieu naturel. Elles offrent donc une alternative écologique aux huiles d’origine minérale. En ce qui concerne les additifs solides, différents types de particules ont été étudiées au sein du laboratoire. Les particules carbonées ont fait l’objet de nombreuses études et ont montré leurs excellentes propriétés réductrices de frottement ; graphite, nanofibres, nano-cônes, nanodisques de carbone. L’influence de la fluoration de ces particules carbonées a été largement mise en évidence montrant une amélioration importante de leurs propriétés tribologiques [8–10]. D’autres types de composés solides font l’objet de projets menés au sein du laboratoire GTSI
comme les charbons actifs issue de la biomasse locale, le nitrure de bore hexagonal (hBN), le disulfure de molybdène (MoS2) …

Dans le cadre de ce projet, les objectifs principaux sont les suivants :
• Evaluer l’influence de la présence de différent type de particules utilisées comme additifs dans de nouvelles formulations de lubrifiants constituées de bases minérales, végétales et de mélanges d’huiles végétale/minérale.
• Etudier l’influence de la composition chimique des huiles végétales sur les propriétés tribologiques de nouvelles formulations.
• Un axe complémentaire sera d’aborder l’élaboration et l’étude des propriétés tribologiques de graisses lubrifiantes d’origine végétale.
• Une autre étude complémentaire aura pour objectif d’investiguer nos formulations sur différents types de substrats métalliques et de faire varier les conditions expérimentales.
• Une étude de la dégradation des nouvelles formulations sera à investiguer en fonction de l’application industrielle ciblée.

Le laboratoire Groupe de Technologies des Surfaces et Interfaces (Université des Antilles, Guadeloupe) a développé une expertise forte dans le domaine de la tribologie notamment la lubrification.
Cette thèse fait suite à un projet de recherche Biotrib (2017/2022), complété par le travail de deux Master M2 Recherche (Manuella Vitulin 2021 et Grégory Mathieu 2022) qui ont donné lieux à des publications. Les perspectives de ces travaux sont de valoriser ces nouvelles formulations par des applications industriels.

 

Partenaires envisagées : partenaires industriels et laboratoires de recherches

 

 

Encadrants :
Professeur Philippe Thomas, philippe.thomas@univ-antilles.fr, Tel : 0590 48 3098
Docteure Nadiège Nomède-Martyr, nnomedem@univ-antilles.fr

 

 

 

Références
[1] J. Zhao, Y. Huang, Y. He, Y. Shi, Nanolubricant additives : A review, (2020).
[2] M. Ratoi, V. Anghel, C. Bovington, H.A. Spikes, Mechanisms of oiliness additives, 33 (2000) 241–247.
[3] K. Lee, Y. Hwang, S. Cheong, Y. Choi, L. Kwon, J. Lee, S.H. Kim, Understanding the role of nanoparticles in nano-oil lubrication, Tribol. Lett. 35 (2009) 127–131. https://doi.org/10.1007/s11249-009-9441-7.
[4] H. Spikes, Friction Modifier Additives, Tribol. Lett. 60 (2015) 1–26. https://doi.org/10.1007/s11249-015-0589-z.
[5] L.R. Rudnick, Lubricant Additives Chemistry and applications, n.d.
[6] T.Y. Woma, S.A. Lawal, A.S. Abdulrahman, M.A. Olutoye, M.M. Ojapah, Vegetable oil based lubricants: Challenges and prospects, Tribol. Online. 14 (2019) 60–70. https://doi.org/10.2474/trol.14.60.
[7] Y. Meng, J. Xu, Z. Jin, B. Prakash, Y. Hu, A review of recent advances in tribology, 2020. https://doi.org/10.1007/s40544-020-0367-2.
[8] P. Thomas, D. Himmel, J.L. Mansot, M. Dubois, K. Guérin, W. Zhang, a. Hamwi, Tribological properties of fluorinated carbon nanofibres, Tribol. Lett. 34 (2009) 49–59. https://doi.org/10.1007/s11249-008-9406-2.
[9] N. Nomède-Martyr, E. Disa, K. Guérin, M. Dubois, L. Frezet, A. Hamwi, Enhanced concentration of dispersed carbon nanofibres in organic solvents through their functionalization by fluorination, J. Colloid Interface Sci. 400 (2013) 11–17. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.03.003.
[10] N. Nomède-Martyr, E. Disa, K. Guérin, P. Bonnet, M. Dubois, Influence de la fluoration sur la stabilité des nanofibres de carbone en dispersion dans des solvants organiques, Comptes Rendus Chim. 21 (2018). https://doi.org/10.1016/j.crci.2018.02.012.