Thèse surface degradation accelerated by hydrogen diffusion and trapping case of lubricated rolling contact solydic h/f

[Contexte générale]
Le secteur industriel dans son ensemble développe de nouveaux produits plus économes en énergie et en ressources. Dans le domaine du transport terrestre, cela se traduit par la mise au point de véhicules fonctionnant à l'électricité, que l'électricité soit obtenue via une batterie ou générée par une pile à combustible. Concernant différents systèmes présents dans ce type de véhicule (moteur électrique, engrenage, roulement), l'utilisation de lubrifiants est primordiale. En effet, ces derniers permettent le bon fonctionnement de l'équipement, en y limitant les pertes énergétiques grâce à la minimisation du frottement et en maximisant la durée de vie grâce au contrôle de l'endommagement. Suivant la sévérité du contact, le lubrifiant, composé d'une huile de base et de différents additifs de lubrification, peut agir de différentes façons : soit par l'établissement d'un film d'huile séparant les deux surfaces frottantes (épaisseur du film lubrifiant liée à la viscosité du fluide et aux conditions d'essai), soit, dans les cas les plus sévères, par l'établissement d'un tribofilm (film formé sur les pièces sous l'effet du frottement à partir d'additifs). Mais comment l'hydrogène, de plus en plus présent dans ce type de systèmes, vient perturber le comportement tribologique des contacts ? Plus précisément, comment le chargement en hydrogène des pièces en acier impacte le comportement tribologique du contact ? Quelle est l'influence de la nature du lubrifiant (huile de base et additifs) ? Y-a-t'il un effet barrière à l'hydrogène du tribofilm ?

[Question scientifique]
L'objectif de cette thèse est donc d'apporter des éléments de compréhension concernant l'impact du chargement en hydrogène de contacts acier/acier lubrifiés sur leur comportement tribologique en prenant en compte les possibles changements structuraux des matériaux, différents types de conditions d'essais tribologiques ainsi que la chimie du lubrifiant (huile de base et additifs).

[Programme de thèse sur les 3 ans]
Un travail préliminaire a montré que des aciers préalablement chargés en hydrogène (chargement électrochimique) voient leur taux d'usure augmenté même en milieu lubrifié.
Une première partie du travail concernera la réalisation de chargements en hydrogène contrôlés d'éprouvettes en acier par voie électrochimique avec deux objectifs principaux :
- Générés des éprouvettes au chargement en hydrogène maîtrisé pour les tests tribologiques ;
- Mieux comprendre les interactions entre la quantité d'hydrogène piégées dans l'acier et les modifications mécanique-physique-chimique qui y sont induites.
Une deuxième partie du travail, concernera la réalisation de tests tribologiques avec un plan d'expérience prenant en compte les conditions d'essais tribologiques (influence du taux de roulement/glissement), la quantité d'hydrogène chargée, la composition du lubrifiant etc.L'objectif est d'apporter des éléments de compréhension concernant l'impact du chargement en hydrogène de contacts acier/acier lubrifiés sur leur comportement tribologique.
Enfin, l'étudiant(e) mettra en perspective l'ensemble des résultats pour discuter de l'importance du rôle de l'hydrogène dans les mécanismes des dégradations de contacts acier/acier lubrifiés.

Les travaux de thèses seront menés en collaboration entre 2 unités de recherche sur la métropole de Lyon (LTDS -Ecully, et LaMCoS - Villeurbanne). Le Doctorant recruté (H/F) sera également amené à séjourner 12 mois au Japon au laboratoire ELyTMaX dans le cadre d'une collaboration internationale.

Contexte de travail
Le sujet de thèse fait partie d'une collaboration internationale entre les laboratoires LTDS, LaMCoS. Une demande de doctorat en cotutelle sera mise en place entre l'Ecole Centrale de Lyon et l'Université du Tohoku.

Le laboratoire ELyTMaX (IRL3757) localisée à l'Université du Tohoku à Sendai au Japon. Il s'agit d'une unité de recherche rattachée au CNRS, à l'Ecole Centrale de Lyon, à l'INSA Lyon et à l'Université du Tohoku (Japon). Il a pour vocation à développer des recherches dans le domaine des matériaux et de leur métrologie pour des applications de structures et de récupération d'énergie. Il regroupe 15 enseignant chercheur (Français et Japonais) et accueille en moyenne 2 doctorants en cotutelles par année.
https://tokyo.office.cnrs.fr/cooperation-japan/elytmax/

Le LTDS est un laboratoire de recherche français, dont l'activité est centrée sur l'ingénierie et couvre un large spectre, allant de la tribologie, la dynamique des structures, la bio-ingénierie et la perception, les matériaux, les procédés, jusqu'au génie civil. Cette richesse scientifique trouve sa cohérence à travers un dénominateur commun qu'est l'interface. Il travaille à toutes les échelles, de l'atome au kilomètre, mais aussi sur les aspects de couplages multi-physiques dans différents domaines dont notamment la tribologie au sein de l'équipe TPCDI (Tribologie, Physico-Chimie, Dynamique des Interfaces). Le laboratoire est aujourd'hui sous la tutelle du CNRS, de Centrale Lyon et de l'École de l'aménagement durable des territoires, et il est également implanté au sein de l'École Nationale d'Ingénieurs de Saint-Étienne. Il compte environ 300 personnes dont 93 chercheurs et enseignants chercheurs ainsi que 138 doctorants et post-doctorants.
https://ltds.ec-lyon.fr/

Unité mixte de recherche de l'INSA de Lyon et du CNRS, le Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (LaMCoS) a pour vocation de mener des recherches sur la maîtrise et le contrôle du comportement des systèmes et structures mécaniques en prenant en compte leurs interfaces. Nous innovons pour améliorer la compréhension des phénomènes fondamentaux, pour anticiper les grands défis sociétaux et pour répondre aux problématiques technologiques liées aux domaines du transport, de l'énergie et de la santé. Les travaux menés au laboratoire sont caractérisés par une corrélation très forte entre expérimentation et modélisation, des approches multiphysiques et multiéchelles, ainsi que des développements de méthodes avancées en expérimentation et simulation numérique. Il compte environ 190 personnes dont 82 chercheurs, enseignants chercheurs et personnels techniques/administratifs ainsi que 85 doctorants et post-doctorants.
https://lamcos.insa-lyon.fr/?L=1

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.