La science de la friction -- et ses impacts surprenants sur nos vies

La tribologie, c'est un mot amusant mais peu fréquemment entendu. Toutefois, elle peut changer la manière dont vous voyez et interagissez avec le monde physique, selon l'ingénieure en mécanique Jennifer Vail. En offrant des leçons de tribologie -- l'étude de la friction et de l'usure -- elle décrit les manières diverses et surprenantes dont cette science influence notre vie quotidienne et comment elle peut nous aider à créer un monde meilleur.

Je dois admettre que cela m'amuse

quand on me demande quel est mon travail

car je leur dis que je frotte
des choses ensemble.

Ça paraît ridicule,

simplement frotter des choses ensemble.

Mais cela a un nom technique :

la tribologie.

T-r-i-b-o-l-o-g-i-e,

du grec « tribos »,

qui signifie frotter.

C'est un mot amusant
que vous n'avez sûrement jamais entendu,

mais je vous promets,

le découvrir change votre vision
du monde physique.

J'ai réalisé de grands projets
grâce à la tribologie.

J'ai travaillé sur des matériaux volants,
et sur de la nourriture pour chiens --

une combinaison apparemment
improbable pour une personne

sur une période de quelques années,

jusqu'à ce qu'on voie le monde
à travers un angle tribologique.

Je pense que vous seriez surpris

à quel point un peu de tribologie
est significatif

pour régler de très gros problèmes.

La tribologie est l'étude de la friction,
de l'usure et de la lubrification.

Vous connaissez tous ces trois choses.

La dernière fois que vous avez essayé
de transporter un objet lourd,

et que vous avez senti
de la résistance au sol,

c'est de la friction.

La friction est la force
s'opposant au mouvement.

L'usure est la perte
ou le transfert de matériau.

Elle nous force à remplacer
nos chaussures favorites,

car leurs semelles disparaissent.

Le lubrifiant réduit
la friction et l'usure.

Il desserre ces boulons trop serrés
qui ne bougeront pas sans.

La tribologie est aussi définie
comme la science des surfaces interactives

en mouvement relatif.

Les surfaces interactives
en mouvement relatif :

il y en a plein dans le monde.

Pendant que vous êtes assis là,
bougez-vous vos pieds

ou gigotez-vous sur votre siège ?

Vous savez quoi ? C'est de la tribologie.

Même si vous vous tournez un petit peu,

cela implique deux surfaces
bougeant relativement l'une à l'autre.

Votre interaction tribologique
pour ce mouvement

est différente de celle de vos voisins.

C'est parce que les habits que vous portez

changent la friction
entre vous et le siège.

Si vous portez de la soie,
c'est plus facile de se tortiller

qu'avec de la laine.

C'est parce que la friction
est plus faible.

Si vous bougez ou remuez votre cheville,

cela fait-il un bruit ?

Ça vous arrive, non ?

Vous vous levez, vous bougez,
et certains os craquent.

Merci pour ce son, tribologie.

Ce son vient du fluide qui lubrifie nos os

quand on bouge.

Vous y rejetez en fait des bulles de gaz.

Ce son peut aussi venir
du simple mouvement des tendons.

Assez commun dans la cheville,

donc l'un de mes chers remueurs de pieds

pourrait subitement être intéressé
par la tribologie des tendons.

Comment quelqu'un devient-il
tribologue comme moi ?

Ça commence dans l'enfance, bien sûr.

J'étais ballerine.

J'ai atteint le niveau
pour danser sur mes orteils,

ou « en pointe ».

Quand on danse en pointe,
on porte ces chaussures géniales,

mais qui sont très glissantes sur scène.

La dernière chose qu'on veut faire
quand on danse sur ses orteils,

c'est glisser et tomber.

Donc on avait des boîtes de colophane.

On mettait un pied dedans,
puis un enrobage clair sur nos chaussures.

Le colophane vient de la sève

et sa forme poudreuse
rend les choses moins glissantes.

Les danseurs apprennent très vite

la quantité à mettre sur leurs chaussures,

car si on n'en met pas assez,
on a des chances de glisser,

à cause de la faible friction
entre la chaussure et la scène.

Au mieux,

on est une danseuse maladroite sur scène,

mais au pire, on se blesse.

Déjà, j'optimisais
et je manipulais la friction.

Vous voyez, j'étais destinée
à devenir tribologue.

(Rires)

Mais vous étiez aussi
des jeunes tribologues.

Quand vous utilisiez des crayons,

vous saviez que plus vous appuieriez,
plus la couleur serait foncée.

Vous saviez que ça signifiait
que vous devriez tailler

ce crayon plus fréquemment,

car il s'userait plus vite.

Parlons maintenant
de ces sols cirés brillants

que vous deviez seulement traverser.

Vous saviez qu'en mettant des chaussettes,

vous alliez vraiment glisser.

Bonne chance pour le faire pied-nus.

Maîtres manipulateurs de la friction.

Tous les enfants sont des tribologues.

Et nous, les adultes ?

Vous avez dû vous brosser
les dents aujourd'hui.

Enfin, j'espère.

(Rires)

C'est de la tribologie en action.

Le dentifrice et la brosse
agissent pour enlever ou user

la plaque de vos dents.

Mon père est dentiste.

Je n'aurais pas pensé
que je travaillerais sur le sujet.

Un jour, on s'est retrouvé à parler
le même langage

quand je devais développer un test
pour enlever la plaque dentaire.

Ça semblait simple,

jusqu'à ce que je remarque
l'impact tribologique,

là, c'est devenu incroyablement complexe.

On a des matériaux durs - nos dents -

des matériaux mous comme nos gencives,
le dentifrice, la brosse à dents.

Il y a de la lubrification --
la salive et l'eau --

la dynamique de la personne
qui se brosse les dents.

Je vous jure que si on met des diamants
dans notre dentifrice,

on arrivera à enlever cette plaque.

Mais peut-être aussi nos dents.

Donc il y a un équilibre à trouver
entre enlever la plaque

et ne pas abîmer
nos dents et nos gencives.

On brosse nos dents après avoir mangé.

Manger est une autre de nos routines.

Cela semble simple.

Mais c'est encore de la tribologie,

et ce n'est pas simple.

On a la nourriture qui se casse
et s'use quand on la mange.

Cette nourriture interagit
avec nos dents, notre langue,

notre salive, notre gorge.

Et ces interactions vont influencer
notre expérience gustative.

On se rappelle tous avoir goûté
quelque chose de nouveau

et s'être dit :

« C'est assez bon.

Je n'aime pas cette texture. »

Les tribologues voient le lubrifiant,
le coefficient de la friction,

comme un moyen de connecter les sensations
en bouche et les textures

pour voir si un changement de formulation
de ce qu'on mange et boit

donc un taux différent
de sucre ou de graisse,

modifie cette sensation en bouche.

Comment quantifier cela ?

C'est ce que les tribologues
essayent de trouver.

Pendant que mes collègues
étaient dans un coin du labo,

analysant le taux de graisse d'un yaourt,

j'étais dans un autre,

à étudier de la nourriture pour chiens.

Ce labo sentait bon, au fait.

On se lavait tous les dents régulièrement.

Lave-t-on celles de nos animaux ?

Les animaux aussi ont
des maladies parodontales,

c'est donc nécessaire
de leur brosser les dents

et de plus en plus de gens le font.

Mon meilleur ami lave très bien
les dents de son chat.

Impossible de le faire avec mon chat.

Les développeurs essayent de mettre

des suppresseurs de plaque dentaire
dans les friandises.

Si vous avez un chien,

vous avez peut-être observé
qu'une friandise

disparaît comme par magie
après une bouchée.

Le nouveau challenge est là :

comment enlever la plaque en une bouchée ?

J'ai développé un test
pour étudier ce problème,

et je devais imiter le système buccal
des chiens :

leurs dents, plaque, salive.

Et j'ai utilisé des mesures
de friction et d'usure

pour étudier l'efficacité
de cette friandise sur la plaque.

Si vous êtes en train de penser

que vous devez brosser les dents
de votre chien, de rien.

Quel est le problème avec la tribologie ?

Je vais vous donner un dernier exemple.

Peu importe où vous êtes, là, vous y êtes
arrivés d'une certaine manière.

Vous avez marché ou fait du vélo,

beaucoup sont sûrement venus en voiture.

Pensez à tous les systèmes tribologiques
dans une voiture.

Vous avez vos interactions avec elle,

elle avec la route,

et tout ce qui est sous le capot
et dans la transmission.

La maintenance routière
est liée à la tribologie.

Vous savez quand vos pneus seront usés

et quand les remplacer.

Vous vérifiez régulièrement
la sculpture des pneus.

Vous gérez activement leur usure.

La tribologie est l'étude
de l'usure et de la friction,

et dans le cas de pneus,
la friction peut provoquer

un accident de voiture.

Tout ça parce que la friction
entre les pneus et la route

influencera votre accélération,
votre décélération

et votre distance d'arrêt.

Un conducteur sait déjà à quel point
la friction est importante

car il sait que
quand les routes sont mouillées,

elles sont plus dangereuses
car elles sont glissantes.

C'est parce que l'eau réduit la friction

entre les pneus et la route.

La friction est la force
opposée au mouvement.

Donc, l'eau qui réduit cette force
rend le mouvement plus facile,

et quand la route est mouillée,
ça glisse plus.

Une autre chose importante,

c'est que l'on dissipe de l'énergie

à travers la friction.

Ainsi, nos pneus influencent
notre rendement énergétique.

Saviez-vous qu'un tiers de l'essence

qu'on met dans notre véhicule

sera utilisé pour la friction ?

Un tiers.

Les recherches en tribologie
ont aidé à réduire la friction

et donc à augmenter ce rendement
et à réduire les émissions.

Holmberg et Erdemir ont fait
des études intéressantes

montrant l'impact que
la recherche en tribologie a

sur la consommation d'essence.

Ils ont vu qu'en 20 ans,

on a pu réduire

cette consommation de véhicules passagers

à hauteur de 60%.

Quand on pense à
toutes les voitures dans le monde,

on peut économiser beaucoup d'énergie.

On parle de 9% de notre
consommation mondiale actuelle

que la tribologie peut économiser
selon les auteurs.

C'est une quantité significative.

Quand on regarde les chiffres,
la tribologie peut faire de belles choses.

Mes collègues ont identifié
que nous pouvions économiser

jusqu'à 20 quads d'énergie aux États-Unis.

Pour mettre ça en perspective :

un quad d'énergie équivaut à
180 millions de barils de pétrole,

et la tribologie peut économiser
20 fois cela.

Cela grâce à de nouveaux
matériaux, lubrifiants,

à la conception de nouveaux composants,

en faisant des éoliennes
plus efficaces et fiables par exemple.

C'est arrivé en mettant
31 personnes dans une pièce

qui voyaient le monde
à travers un angle tribologique.

Imaginez les opportunités
qui se sont révélées

quand on a commencé à voir
la tribologie partout.

Mes projets favoris sont
les applications aérospatiales.

J'adore réduire l'usure et la friction
dans ces environnements difficiles.

Je peux créer des matériaux
et des composants

qui réduisent la friction dans
des composants et machines mouvants

pour que moins de force
s'oppose à leur mouvement.

Moins de force de mouvement signifie
qu'ils ont besoin de moins de puissance.

On peut alors utiliser
un plus petit actuateur,

moins lourd,

qui économise de l'essence.

Je peux aussi créer des composants
à l'usure plus lente, plus robustes donc.

Ça signifie moins de déchets de matériaux

et que les composants sont
fabriqués moins souvent.

Donc nous économisons
de l'énergie en fabriquant moins.

Je vous encourage à voir la tribologie
dans votre environnement

et à penser comment vous amélioreriez
ces surfaces interactives.

Même les plus petits progrès

sont utiles.

La tribologie peut sembler amusante,

mais elle a un grand impact
sur notre monde.

Merci.

(Applaudissements)