L’inventivité par la coopération

Des contrats stratégiques conclus entre SKF et le milieu universitaire ont donné naissance à deux centres technologiques destinés à encourager la recherche dans des domaines cruciaux de la technologie des roulements.

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Résumé

La coopération avec l’université en bref
SKF a créé deux centres universitaires technologiques en collaboration avec le département des sciences des matériaux et de la métallurgie de l’université de Cambridge et le département de génie mécanique de l’Imperial College de Londres : à Cambridge, les scientifiques étudient comment améliorer l’acier pour roulements afin de réduire usure et fatigue ; l’Imperial College se concentre sur la mécanique des roulements et les systèmes de lubrification en vue de réduire l’usure et le frottement qui sont sources de pannes dans toutes sortes de machines.
Selon Alan Begg, directeur général adjoint Technologie Groupe SKF, dès que ces centres seront opérationnels, la phase suivante consistera à attirer des contributions de l’Union européenne ou des États. D’autres universités pourront également faire l’objet d’accords de coopération.

Des contrats stratégiques conclus entre SKF et le milieu universitaire ont donné naissance à deux centres technologiques destinés à encourager la recherche dans des domaines cruciaux de la technologie des roulements.

 

 

Avec la récente création de deux nouveaux centres universitaires technologiques à l’université de Cambridge et à l’Imperial College de Londres, SKF s’est engagé à financer la recherche universitaire à long terme consacrée à des problèmes des plus complexes en matière de technologie des roulements.

La coopération industrie/troisième cycle n’est pas une nouveauté pour SKF, qui collabore avec de nombreuses universités de par le monde. Mais, dans ce cas, le Groupe a signé un contrat stratégique de cinq ans avec le département des sciences des matériaux et de la métallurgie de Cambridge et avec le département de génie mécanique de l’Imperial College. Ces accords portent sur deux domaines très stratégiques de la technologie des roulements.

L’équipe de Cambridge se concentrera sur la composition de l’acier et ses traitements thermiques en vue de mieux comprendre ses mécanismes et atténuer les dommages dans les roulements. Le professeur Harry Bhadeshia, spécialiste de renommée mondiale en métallurgie physique des aciers, dirigera l’équipe de sept doctorants et chercheurs postdoctoraux. Ses précédents travaux ont déjà donné lieu à la création de plusieurs alliages nouveaux, dont l’acier spécial qui a servi à fabriquer les rails aménagés dans le tunnel sous la Manche. Le centre universitaire de SKF a été créé à Cambridge en mai 2009.

Ouvert en janvier 2010, le centre de l’Imperial College se focalisera sur la modélisation et la simulation des systèmes tribologiques. La tribologie est une partie de la mécanique qui traite de la relation entre les surfaces en mouvement, leur conception, leur lubrification, le frottement et les pièces d’usure. Le professeur Hugh Spikes est à la tête de cette équipe, laquelle se compose de trois doctorants et de deux chercheurs postdoctoraux. L’universitaire a publié plus de 200 articles sur cette discipline et a déposé plusieurs brevets dans ce domaine.

L’objectif de son équipe est de mieux comprendre la chimie des lubrifiants, la lubrification hydrodynamique et élastohydrodynamique, la mécanique des contacts, l’usure et la fatigue des surfaces à l’aide de la modélisation informatique et des études théoriques. Le but est de réduire le frottement et l’usure à l’intérieur des roulements SKF, prolongeant ainsi leur durée de vie et améliorant leur bilan en matière de respect de l’environnement.

Les entreprises de pointe telles que SKF possèdent naturellement leurs propres laboratoires et spécialistes de recherche-développement. Toutefois, collaborer avec le milieu universitaire leur permet de côtoyer des scientifiques et des ingénieurs de top niveau, qui s’inscrivent dans la durée et emploient d’autres méthodes, stimulant ainsi l’inventivité des uns et des autres.

« SKF est un leader mondial en matière de technologie des roulements, tandis qu’ici à Cambridge, nous possédons les connaissances fondamentales sur l’acier, ses performances et son potentiel de perfectionnement, souligne le Pr. Bhadeshia. Ensemble, nous pouvons concevoir des technologies vraiment perturbatrices capables de contribuer à l’élimination des problèmes courants dans les roulements. »

Alan Begg, directeur général adjoint Technologie Groupe chez SKF : « Nous n’exigeons pas que Harry [Bhadeshia] propose de nouveaux développements en matière d’acier pour roulements d’ici la semaine prochaine. Nous sommes en quête de changements ingénieux et graduels. Les travaux effectués à Cambridge et à l’Imperial College nous ont déjà ouvert de nouveaux horizons. J’ai hâte de voir ce qu’ils peuvent faire pour nous. »

Autre atout de la collaboration avec l’enseignement supérieur, outre l’ensemble des compétences complémentaires apporté par des chercheurs inventifs de haut niveau (voir encadré), la convergence des équipements et des ressources que l’on ne trouve pas normalement dans un laboratoire SKF. « Cambridge, par exemple, possède une vingtaine de microscopes électroniques pour étudier et cartographier la structure atomique d’aciers différents, souligne Alan Begg. On ne peut pas faire ça aussi intensivement en interne. »


RECHERCHE AU PLUS HAUT NIVEAU

L’équipe de chercheurs de Cambridge tente d’atténuer la fatigue dans l’acier pour roulements.

Le centre universitaire technologique SKF au département des sciences des matériaux et de la métallurgie à l’université de Cambridge est mandaté pour suggérer de nouvelles idées relatives à l’acier pour roulements.

« La fatigue est l’un des principaux problèmes des roulements, estime le professeur Bhadeshia, directeur du centre. Les billes roulent dans une bague, l’acier est soumis à des contraintes, et ceci finit par entraîner une défaillance. Il y a donc beaucoup à faire pour améliorer les propriétés de l’acier capable de résister à ce cycle. »

Le professeur précise que certains des domaines de recherche du centre portent sur l’utilisation de l’acier à structure nanocristalline. Objectif : réduire au minimum le taux de phases fragiles dans l’acier. Autre domaine, le piégeage des atomes d’hydrogène dans l’acier par des champs de contrainte autour des particules. On trouve, par exemple, de l’hydrogène dans les lubrifiants et l’eau, et cet élément peut pénétrer dans l’acier par le truchement de la corrosion.

« Jamais nous ne parviendrons à éliminer la corrosion. Mais si nous arrivons à prévenir la présence d’hydrogène là où il peut faire des dégâts, nous pourrons éviter pas mal de problèmes. Personne n’étudie l’acier à structure nanocristalline pour les applications de roulements. Personne n’a les installations que nous possédons. »

La nanotechnologie permettant de piéger l’hydrogène n’en est encore qu’à ses balbutiements, mais Harry Bhadeshia pense qu’elle sera une technologie perturbatrice : « Même si les premiers tests ne sont pas pour demain, si ça marche et si cela vient à bout du problème posé par l’hydrogène, nous aurons le remède pour le neutraliser. »

Plus facile à dire qu’à faire. L’acier le plus souvent utilisé pour les roulements est le 1 % C-1,5 % Cr. Lui ajouter quelques atomes, ou solutés, sous forme de concentration de plusieurs parties par million (en plus de l’opération de fonte et du laminage) peut avoir un sérieux impact sur sa structure cristalline et, par conséquent, sur ses performances. L’équipe du Pr. Bhadeshia espère réduire le nombre d’expériences nécessaires en élaborant et appliquant une théorie adaptée à la technologie des roulements. « 5 % seulement des études scientifiques débouchent sur une technologie. Mais notre objectif est de mettre au point un produit et nous n’avons aucune excuse pour ne pas le faire, vu la coopération 100 % positive avec SKF et tant de bonne volonté. ».