Butées et paliers hydrostatiques

En lubrification par film complet, il est d’usage d’attribuer le qualificatif hydrostatique a tous les systemes pour lesquels la charge est transmise a travers un film lubrifiant ou la pression est maintenue par l’intermediaire d’une pompe . Lorsque les surfaces en regard sont en mouvement mais que la geometrie du contact ou les vitesses ne permettent pas de fonctionner sans l’existence d’un generateur exterieur de pression, le mecanisme est dit hybride (superposition d’un effet hydrostatique et d’un effet hydrodynamique). En pratique, le terme hybride est tres peu utilise, et on designe indifferemment par palier (ou butee) hydrostatique un mecanisme dont les surfaces sont immobiles ou en mouvement . Il ne faut toutefois pas en conclure que ses performances (portance, debit, etc.) sont independantes de la vitesse : nous verrons que celle-ci joue parfois un role determinant. Bien que le fluide lubrifiant puisse etre un gaz ou un liquide, nous nous limiterons dans cette presentation au cas des liquides newtoniens . Pour les gaz, on se reportera a l’article Butees et paliers aerodynamiques [B 5 335] dans ce traite. Par rapport aux autres types de support, la difference essentielle est qu’il n’y a jamais de contact entre les deux surfaces puisqu’une pompe exterieure permet l’introduction de liquide sous pression a l’interieur de la zone de contact et assure donc l’existence permanente d’un film lubrifiant meme a vitesse nulle. Cela entraine les avantages suivants : l’absence d’usure  ; un coefficient de frottement tres faible  ; pas de frottement saccade (stick-slip) ; une tres grande raideur , permettant de conserver un positionnement precis malgre des fluctuations de charge importantes ; l’inexistence de concentrations de contraintes car, la pression etant sensiblement constante dans l’alveole, la charge est supportee par une grande surface ; les defauts de forme des surfaces en presence ayant moins d’importance qu’en regime hydrodynamique, car la pression dans l’alveole est fonction du debit global, c’est-a-dire de la distribution d’epaisseur de film et non pas de l’epaisseur en un point ; des problemes thermiques au sein du film lubrifiant tres souvent secondaires, car on est en presence d’un ecoulement force a debit important ; ainsi, l’hypothese d’un regime d’ecoulement isotherme est justifiee. Les inconvenients majeurs des dispositifs hydrostatiques sont leur cout , car ils necessitent une pompe, des filtres, des regulateurs de pression, etc., et leur fiabilite , car le moindre incident dans le systeme d’alimentation peut entrainer la destruction des surfaces. Du fait de l’environnement important que necessite un dispositif hydrostatique, du cout de sa realisation et de l’absence de standardisation, on a recours a un systeme hydrostatique lorsqu’un roulement ou un palier hydrodynamique ne permet pas un fonctionnement correct. Les avantages enumeres precedemment montrent que le domaine d’utilisation des butees et paliers hydrostatiques est tres vaste . Citons quelques applications particulieres : les telescopes et grandes antennes radars, qui doivent se deplacer tres lentement et de facon reguliere ; les cylindres pour broyeurs de minerai, dans lesquels les temperatures ambiantes sont tres elevees ; les machines-outils de precision et les machines de controle, ou une grande precision de centrage et une grande rigidite sont necessaires ; les turbopompes, utilisees pour vehiculer des fluides cryogeniques a tres basse temperature et animees de grandes vitesses de rotation ; les dispositifs de mesure sur machines d’essai, qui necessitent d’isoler des elements afin de mesurer precisement les efforts. Un grand nombre d’etudes ont ete consacrees a la lubrification hydrostatique ; la plupart d’entre elles traitent de problemes specifiques et ont ete publiees dans des revues specialisees ; nous ne donnerons en reference que les ouvrages a caractere general. Au cours des annees 1980 a 1990, les publications ont ete principalement axees sur le fonctionnement en regime non laminaire, avec comme principale application les turbopompes utilisees dans le domaine spatial. Il faut egalement noter une serie d’articles lies aux dispositifs de regulation afin de controler les raideurs et les amortissements en fonction des fluctuations de charge par exemple. Les equations de base utilisees en lubrification hydrostatique laminaire etant identiques a celles utilisees en lubrification hydrodynamique, nous renvoyons le lecteur a l’article Butees et paliers hydrodynamiques [B 5 320] de ce traite. Rappelons simplement que ces equations sont bien evidement deduites des equations de la mecanique des milieux continus et valables lorsque l’epaisseur du film lubrifiant est tres petite par rapport a son etendue. Tout au long de cet article, nous supposerons le regime d’ecoulement isotherme et les forces d’inertie negligeables.