L’avenir des lubrifiants en tribologie électrifiée.

À l’heure où les industries évoluent rapidement vers l’électrification, l’évolution des lubrifiants doit suivre le rythme. Le 9 octobre 2024, lors d’un webinaire sponsorisé par l’Asian Lubricants Industry Association (ALIA), le Dr Mathias Woydt, associé directeur de MATRILUB, a fait une présentation sur la manière dont les systèmes tribologiques s’adaptent aux environnements électrifiés. Fort de plus de 38 ans d’expérience en tribologie, lubrification et technologies disruptives, Woydt a expliqué le rôle évolutif des lubrifiants dans les systèmes électrifiés, abordant un avenir où les propriétés électriques jouent un rôle aussi important que les facteurs traditionnels comme l’usure et la friction.

Le webinaire a été modéré par Paul Nai, directeur commercial régional chez Lubrizol Southeast Asia Pte Ltd basé à Singapour, et président du sous-comité technologique de l’ALIA.

« Les lubrifiants actuels sont des produits matures et hautement fonctionnels conçus pour réduire les frottements et protéger contre l’usure », a déclaré Woydt. Cependant, le défi réside dans leur adaptation à la tribologie électrifiée. Les systèmes électrifiés, tels que les véhicules électriques (VE), les éoliennes et les machines industrielles, introduisent de nouvelles complexités, exigeant des lubrifiants capables de résister à un contact accru avec les composants électriques et à des températures de fonctionnement élevées.

Dans de tels systèmes, les lubrifiants sont désormais exposés à divers matériaux et courants électriques. Selon Woydt, la principale préoccupation est de savoir comment ces lubrifiants maintiennent leurs performances tout en empêchant la corrosion et en garantissant un transfert de chaleur efficace. L’introduction des batteries humides et des groupes motopropulseurs refroidis par immersion a imposé de nouvelles exigences en matière de conductivité thermique et de propriétés d’isolation électrique.

Nouveaux défis tribologiques

L’un des principaux changements dans la tribologie électrifiée est l’interaction des lubrifiants avec les propriétés électriques. Les additifs traditionnels qui protègent les surfaces de l’usure, des éraflures et réduisent la friction doivent désormais également faire face à la conductivité électrique, à la permittivité et aux effets triboélectriques. Cette interaction a un impact sur le comportement des lubrifiants dans des environnements à haute tension ou à ampérage élevé.

Woydt a souligné que les groupes motopropulseurs électrifiés, en particulier dans les véhicules électriques, impliquent différents régimes de lubrification. « En fonctionnement en lubrification hydrodynamique, le film lubrifiant se comporte en mode capacitif, où les propriétés globales sont importantes. En revanche, en cas de lubrification mixte ou limite, le lubrifiant agit davantage comme une résistance, ce qui entraîne des réponses différentes en fonction des propriétés électriques du système, où les propriétés électriques du tribofilm jouent un rôle », a-t-il expliqué.

L’un des aspects les plus critiques de cette transformation est l’émergence de la triboélectricité, c’est-à-dire la génération de charges électriques par frottement. Il s’agit d’une préoccupation croissante, en particulier dans les systèmes tels que les éoliennes et les transmissions de véhicules électriques, qui génèrent des charges triboélectriques importantes. Pour y remédier, Woydt a souligné l’importance de tester les lubrifiants pour la résistance de contact, l’impédance et leur capacité à empêcher la formation d’arcs électriques ou à favoriser les arcs électriques.

Le rôle des tests électriques

L’un des principaux thèmes de la présentation de Woydt a été l’évolution des méthodes de test. Historiquement, les lubrifiants étaient testés pour leurs propriétés mécaniques (frottement, usure et résistance au grippage). Cependant, comme l’a souligné Woydt, « l’avenir du développement des lubrifiants réside dans la combinaison de la tribométrie et des tests électriques ». 

De nouvelles normes sont en train d’émerger pour tester les propriétés électriques des lubrifiants en vrac. Woydt a mentionné la norme DIN 51111, la première méthode de test entièrement dédiée à la mesure des propriétés électriques des lubrifiants. Il a néanmoins reconnu qu’il restait encore beaucoup à faire. « Pour les graisses, nous manquons encore de méthodes de test valides pour évaluer leurs caractéristiques électriques », a-t-il déclaré, suggérant que l’industrie doit adopter des cadres de test normalisés pour les fluides et les graisses dans les environnements électrifiés.

L’un des aspects les plus révélateurs de la présentation concernait les résultats des tests sur les graisses. Woydt a présenté des données montrant comment la résistance des contacts électriques change avec la température. À des températures plus basses, certaines graisses conservent une faible résistance, mais à mesure que la température augmente, la résistance augmente considérablement. Cette variabilité pourrait entraîner une défaillance des systèmes électriques si elle n’est pas correctement prise en compte.

Par exemple, il a expliqué : « Si la résistance de contact d’une graisse n’est pas stable sur différentes plages de température, elle peut échouer dans les applications à haute température, ce qui entraîne des effets triboélectriques et des dysfonctionnements du système. » Par conséquent, les graisses conçues pour être utilisées dans des systèmes tribologiques électrifiés doivent être formulées pour maintenir une résistance de contact constante dans des conditions variables.

Outre la résistance de contact, la friction était également un facteur. Fait intéressant, les tests de Woydt ont démontré que si les coefficients de friction restaient largement inchangés entre les graisses, les traces d’usure présentaient des différences significatives en fonction de la résistance de contact. Cette découverte suggère que la résistance de contact peut être un indicateur plus fiable de l’efficacité d’un lubrifiant dans les systèmes électrifiés que la friction seule.

Développer pour l’avenir

La leçon à tirer de la présentation de Woydt est claire : les fabricants de lubrifiants doivent innover pour répondre aux besoins des systèmes électrifiés. Cela implique bien plus qu’une simple adaptation de la formule existante : il faut repenser fondamentalement la conception des lubrifiants, en mettant l’accent sur les propriétés électriques et les réponses aux tensions et aux ampérages, en plus des performances tribologiques traditionnelles.

À cet effet, Woydt a souligné la nécessité d’une collaboration entre les industries, citant les travaux de divers comités de normalisation, notamment SAE J3200 et ASTM CS97, qui développent tous deux des méthodologies de test pour les transmissions électriques. Il a également mentionné que la Chine et l’Allemagne sont à l’avant-garde de ces développements, le Southwest Research Institute et l’Association allemande de recherche sur les groupes motopropulseurs (FVA) jouant un rôle de premier plan.

Enfin, Woydt a encouragé les fabricants à développer des lubrifiants aux propriétés électriques invariables sur une plage de températures, garantissant que les lubrifiants restent insensibles et sûrs dans diverses conditions de fonctionnement. « L’électrification des systèmes tribologiques remanie la sélection appropriée des additifs et des huiles de base », a-t-il conclu, ajoutant que les développeurs de lubrifiants disposent désormais des outils tribométriques pour relever ces défis.

Pour les fabricants, le message est clair : l’innovation dans le développement des lubrifiants est essentielle pour garantir le fonctionnement sûr et efficace des machines électrifiées dans les années à venir.

( Source : fuelsandlube 01/01/2025 ) L’avenir des lubrifiants en tribologie électrifiée.