Thèses

Mercredi 11 Juillet 2018 à 10h00.

Lubrication with a refrigerant: an industrial challenge investigated through multiscale modeling based on fluid/surface chemistry

''Dans les grands systèmes de réfrigération, l’utilisation de réfrigérants comme lubrifiants, à la place des huiles, simplifie la conception du système, l’allège et réduit son impact environnemental. La très faible viscosité du réfrigérant conduit à une épaisseur de film séparant les deux surfaces comparable à leur rugosité. Néanmoins, des travaux expérimentaux avec le réfrigérant R1233zd suggèrent que la lubrification est possible dans ces conditions grâce à la formation d’une couche adsorbée sur la surface d’oxyde de fer. Les analyses expérimentales in situ dans le contact sont très difficiles à cause des conditions de fort confinement et haute pression. C’est pourquoi une approche numérique multi-échelles est développée, afin d’étudier l’impact des réactions physico-chimiques à l’interface réfrigérant-surface sur les propriétés de lubrification. La théorie de la fonctionnelle de la densité est utilisée pour quantifier au niveau quantique, l’adsorption d’une molécule de réfrigérant sur une surface d’oxyde de fer. Des énergies de liaison allant de -0.92 eV à -0.22 eV sont observées et reliées à différents cas d’adsorption. Ces résultats sont exploités pour paramétrer un champ de forces interfacial, qui prédit des structures moléculaires à l’interface, différentes de celles obtenues avec des potentiels basés sur les règles de mélange classiques. Des simulations de dynamique moléculaire utilisant ce champ de forces paramétré confirment l’existence d’une couche fortement adsorbée de R1233zd sur une surface d’oxyde de fer. Avec des surfaces atomiques lisses et seulement 2 nm d’épaisseur de film de réfrigérant, les couches adsorbées résistent à des pressions allant jusqu’à 4 GPa et des vitesses de cisaillement atteignant 100 m/s. Une valeur minimale de 5 molécules de réfrigérant par nm² est nécessaire à la formation de deux couches adsorbées à 0.5 GPa. De plus, des simulations en cisaillement avec une surface rugueuse prédisent une rupture totale du film à environ 13 GPa.''