Soutenance de thèse : Aude LECOUFFE 

Analyse expérimentale de la propagation de fissures sous contact roulant/glissant dans les aciers nitrurés et cémentés

Doctorante : Aude LECOUFFE

Laboratoire INSA : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Les paliers à roulements jouent un rôle clé dans les transmissions mécaniques, et leur défaillance peut entraîner des conséquences critiques. L'un des principaux modes d'endommagement est la fatigue de contact, se traduisant par l'apparition de fissures, puis d'écaillages à la surface des composants. Si ce phénomène progresse, il peut compromettre leur intégrité. De nombreuses recherches ont porté sur l'initiation de l'endommagement en surface dans des conditions de contact lubrifié en roulement/glissement. En revanche, la propagation de fissures longues, susceptibles d'atteindre les zones profondes du matériau, reste encore peu étudiée, alors même qu'elle peut conduire à des ruptures internes, comme en témoigne certains cas connus de défaillance de la transmission d'aéronefs. Ce travail s'appuie sur une campagne expérimentale sur machine bi-disque de fatigue pour étudier l'impact des paramètres tribologiques et matériaux sur les trajectoires de fissuration en contact lubrifié roulant/glissant. Une méthodologie en deux temps a été mise en œuvre: d'abord, l'initiation contrôlée d'endommagements de surface grâce à un contre-disque indenté, puis l'étude de la propagation des fissures avec un contre-disque lisse. Les essais ont été poursuivis jusqu'à l'apparition d'un endommagement macroscopique visible en surface, puis analysés via des coupes métallographiques successives afin de reconstituer la morphologie tridimensionnelle des fissures. Les résultats ont montré que plusieurs paramètres avaient peu d'influence sur la progression des fissures en profondeur dans les conditions testées. En revanche, une augmentation de la charge normale en surface semble favoriser une propagation au-delà de la profondeur de Hertz et l'apparition de fissures caractéristiques en forme de« C ». Par ailleurs, les traitements thermochimiques se sont révélés déterminants : la nitruration induit rapidement un écaillage atteignant une valeur environ deux fois supérieure à celle de Hertz. Ce comportement contraste avec celui des pièces cémentées, qui écaillent plus lentement et pour lesquelles l'écaillage atteint généralement une profondeur proche de la profondeur de Hertz lors de l'arrêt de l'essai. L'introduction de contraintes structurelles circonférentielles de traction par frettage conique ne modifie pas notablement les trajectoires des fissures, bien qu'un effet sur leur vitesse de propagation ait été observé. Enfin, une stratégie consistant à appliquer une pression de Hertz modérée pendant la majorité du test, suivie d'une élévation après plusieurs millions de cycles, a permis de générer des fissures longues en sous-couche, reliées à l'écaillage initial et situées à des profondeurs importantes.