Influence des caractéristiques liées aux particules, à la surface et à l’eau

L’effet de la taille des particules est présenté dans la Figure 8.3 pour les deux surfaces « Sablé et Sablé Strié ».

b)

Figure 8.3 Variation du coefficient de frottement pour les cinq fractions de taille des particules : a) Sablé, b) Sablé Strié

A partir de ces courbes, on peut observer que le coefficient de frottement est plus important quand la taille des particules est plus faible sauf dans le cas de la fraction 0-100µm sur la plaque Sablé. Prenant en exemple la fraction de taille 0-40µm et la fraction de taille 80-100µm sur la plaque Sablé, lors de la première étape du protocole l’écart entre les deux mesures de frottement ∆µ est égal à 0,18. Cet écart diminue au fur et à mesure des étapes du protocole. De même, plus la taille des particules est importante, plus la transition entre les trois phases (présentées dans la partie 8.2.2) est lente. Prenant le même exemple, le passage de la phase 1 à la phase 2 se fait à l’étape 3 pour la fraction de taille 0-40µm et à l’étape 5 pour la fraction 80-100µm. Ceci pourra être expliqué par le fait que les particules fines, et donc légères, sont plus susceptibles de flotter sur la surface de l’eau à cause de leur densité, ce qui contribue à leur éjection et leur lavage plus rapidement de la surface. De plus, l’état de mouillage des particules joue un rôle important sur le comportement des particules en suspension. Une schématisation des différents états de mouillage et différentes régimes est présentée dans la Figure 8.4. De manière générale, selon l’état de mouillage et la nature et la taille des particules, quatre régimes peuvent être présentes : hygroscopique, pendulaire, funiculaire et capillaire (Figure 8.4).

Lors des premiers mouillages, des situations très hétérogènes peuvent se produire. Certaines zones peuvent contenir beaucoup de liquide, tandis que d’autres en contiennent peu. Selon la taille et la nature minéralogique des particules, l’eau peut rester sur la surface des particules (régime hygroscopique). Lorsqu’on fait subir une force à cet amas de particules désordonnées, comme le glissement du patin, le volume du mélange augmente car l’eau qui était en surface est aspirée dans les pores entre les particules pour former des ponts capillaires, ce qui entraine une attraction des particules entre elles (régime pendulaire). Le comportement du mélange s’apparente donc à celui d’un solide. A partir d’une certaine quantité d’eau, les ponts de liquide peuvent se déplacer plus librement entre les particules ; la force d’attraction entre les particules diminue et les particules

mélange, les particules passent par un régime pour lequel ses pores sont totalement remplis par l’eau dans laquelle l’air n’est présent que sous forme de bulles (régime capillaire) ; on obtient donc le comportement d’une suspension. La quantité d’eau nécessaire pour pouvoir englober les particules est plus importante pour les particules grossières, ce qui explique la transition plus lente entre les deux premières phases. La transition à la deuxième phase signifie que l’effet des particules devient négligeable devant l’effet de l’eau et le coefficient de frottement se stabilise quel que soit la quantité d’eau ajoutée.

a) b) c) d)

Figure 8.4 Schématisation des différents états de l’eau dans les particules : a) régime hygroscopique, b) régime pendulaire, c) régime funiculaire, d) régime capillaire

Les variations de la masse du mélange en fonction des étapes sont plus compliquées à interpréter (Figure 8.5). Dans le cas de la plaque Sablé, la masse du mélange sur la plaque augmente lors des trois premiers passages et chute progressivement par la suite. La croissance de la masse dure plus longtemps pour la plaque Sablé Strié que sur la plaque Sablé. Sur la plaque Sablé, il faut noter que la phase de séchage commence, au minium, à partir de l’étape 7 (fraction 50-80µm). La chute de la masse du mélange entre l’étape 1 et l’étape 5 montre que la quantité du mélange éjecté est plus importante que la quantité d’eau ajoutée au cours de ces étapes. Sur la plaque Sablé Strié, la masse des particules poursuit son accroissance. En effet, l’effet des creux perturbe les analyses de masse. La masse du mélange mesurée lors des essais tient compte de la masse du mélange sur la surface et de la masse du mélange éjecté dans les creux, ce qui explique que la masse du mélange à l’étape finale reste supérieure à zéro. Les deux formes différentes de la variation de la masse du mélange en fonction des étapes rendent la correction de la masse du mélange en surface (appliquée sur les particules sèche dans le chapitre 5) difficile.

a)

b)

Figure 8.5 Variation de la masse du mélange en fonction des étapes pour les cinq fractions de taille des particules : a) Sablé, b) Sablé Strié

8.2.3.2. Texture de la surface

L’effet de la texture de surface est montré sur la Figure 8.6 pour la même fraction de taille des particules et les deux surfaces d’essai.

Figure 8.6 Variation du coefficient de frottement sur les quatre surfaces d’essai (fraction 0-100µm ; concentration 20g/m2)

On observe que la surface «Sablé Strié» qui présente de la macrotexture est celle pour laquelle le coefficient de frottement remonte le plus lentement. On observe que la localisation des transitions des phases est moins visible. Ce comportement est logique puisqu’il s’agit de l’échantillon dont la texture de la surface facilite le plus l’évacuation d’eau de la surface de contact lors de chaque phase de mouillage. Par conséquence, le lessivage de la surface est plus difficile sur la plaque Sablé Strié.

8.2.3.3. L’ajout d’eau

La Figure 8.7 présente une comparaison de l’évolution du coefficient de frottement pour un mélange d’eau et des particules avec celle des particules sèches (présentée dans le chapitre 5) pour la même fraction de taille et la même concentration initiale de particules sur la plaque Sablé. Avec la fraction fine (0-40µm), en tenant en compte de la différence entre les deux premières mesures de frottement sur la même surface propre (dû au réglage de l’appareil de mesure SRT), on considère que la variation du coefficient de frottement est similaire lors de la première phase de lavage (phase 1). Quand la surface est lavée des particules et saturée d’eau (phase 2), le comportement en frottement est plus important sur une surface sèche présentant une faible quantité de particules (à partir de l’étape 5) qu’une surface saturée d’eau. Toutefois, l’eau permet de laver

des particules est négligeable sur la fraction grossière des particules (cf. chapitre 5). Néanmoins, le lavage de ces particules de la surface en conditions mouillées est plus difficile.

a) b)

Figure 8.7 Comparaison de la variation du coefficient de frottement dans les conditions sèches et dans les conditions mouillées (aluminium grenaillé ; concentration 20g/m2) : a) fraction 0-40µmb) fraction 0-80µm