Modélisation des textures de surface profondes basée sur la résolution des équations de Navier–Stokes par éléments finis et l’analyse de leurs effets sur les écoulements avec cavitationen lubrification hydrodynamique

Résumé

Cette étude présente une analyse numérique des performances hydrodynamiques de surfaces texturées en lubrification. Les simulations reposent sur un modèle par éléments finis résolvant directement les équations de Navier–Stokes, permettant de dépasser les limites des approches classiques basées sur l’équation de Reynolds. Dans un premier temps, l’influence de la géométrie des textures est étudiée en l’absence de cavitation afin d’isoler les effets purement géométriques. Des textures rectangulaires et semi-elliptiques sont comparées. Les résultats montrent que les textures semi-elliptiques génèrent une portance plus élevée et un écoulement plus stable que les textures rectangulaires, bien qu’elles produisent une traînée plus importante. L’étude examine également l’influence de défauts de fabrication produisant des parois inclinées dans les cavités rectangulaires, montrant que les cavités profondes peuvent en bénéficier, alors que les textures peu profondes voient leur capacité de charge diminuer et leur friction augmenter. Dans un second temps, un modèle de cavitation basé sur une équation d’état barotrope est introduit afin de représenter les variations de pression et de densité dans les régions de cavitation. Le modèle est validé par comparaison avec des résultats expérimentaux et numériques de la littérature et démontre une bonne capacité à prédire les distributions de pression et les zones de cavitation dans les paliers hydrodynamiques. Enfin, l’influence combinée de la géométrie des textures et de la cavitation est étudiée dans des surfaces texturées. Les résultats montrent que l’augmentation de la profondeur des textures entraîne une diminution des forces de portance et de traînée, tandis que des vitesses de glissement plus élevées les augmentent. Les textures circulaires génèrent systématiquement des forces de portance et de traînée plus élevées que les profils rectangulaires. En ce qui concerne le comportement frictionnel, le coefficient de frottement augmente avec la profondeur des textures et la vitesse de glissement. Les textures circulaires présentent systématiquement des coefficients de frottement plus faibles que les textures rectangulaires. Globalement, ces travaux mettent en évidence l’importance des effets d’inertie, de la géométrie des textures et de la cavitation dans les régimes de lubrification hydrodynamique et fournissent des orientations pour la conception de surfaces texturées optimisant simultanément la réduction du frottement et la capacité de charge.

Date	11 mai 2026
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Raynald Guilbault (Directeur(-trice)) & Noël Brunetière (Codirecteur(-trice))