Activated carbons are commonly used for adsorption/depollution applications, but only a few studies are related to their lubricating properties. In order to investigate a new family of friction reducers, the tribological properties of biochars and derived activated carbons obtained from sugar cane bagasse are investigated. Activated carbons are obtained from either a physical (steam water) or chemical (with phosphoric acid) activation process. The tribological tests show that the activated carbons present very low friction coefficients, close to 0.08. The correlation of textural and tribological investigations shows that the specific surface area of the compounds as well as the microporous and mesoporous domain extensions are key parameters to optimize the friction reduction properties of activated carbons. The friction properties of the compounds are improved if the mesoporous domain extension is above 40% of the total porous volume. This study shows that local biomass waste valorization is possible and that sugar cane bagasse-derived activated carbons appear as interesting new friction reduction additives for lubricants.

In Caribbean islands, the washing ashore of tons of pelagic Sargassum spp., consisting of two species Sargassum fluitans and Sargassum natans, has been regularly occurring since 2011. As green lubrication is a growing trend in the tribology industry, biochar is a promising alternative. Sargassum biochars, produced from Sargassum pelagic algae, are therefore being studied as solid lubricants. This study aims to explore their potential applications. Biochars from brown algae were pyrolyzed at 400 °C and then annealed at different temperatures (from 600 °C to 1500 °C). The Raman spectra collected on the different biochars showed that there was a structural organization of the biochars as the temperature increased. The tribologic properties of the biochars were studied and compared to a solid lubricant reference (exfoliated graphite). Raman spectroscopy analysis revealed a progressive structural reorganization with increasing temperature, leading to a 58% reduction in the coefficient of friction. The morphology and the structure of the tribofilm are investigated by profilometry, scanning electron microscopy, and Raman microspectrometry. Overall, these results can be considered as a first step for utilizing the biochar derived from brown algae Sargassum sp. as an additive in the lubricant industry, for the purpose of emission reduction.

L’utilisation des additifs conventionnels (MoDTC, ZnDTP) dans les lubrifiants pour réduire le frottement et l’usure de pièces frottantes ont montré des limitations. Afin de pallier les faiblesses de ces additifs de nouvelles stratégies de lubrification ont été développées en utilisant des particules colloïdales de phases réductrices de frottement et d’usure. Les travaux antérieurs ont montré que l’introduction d’un lubrifiant solide composé de nanoparticules lamellaires en présence d’un liquide de faible viscosité entraînait une réduction spectaculaire du coefficient de frottement. L’objectif principal de la thèse est donc l’élucidation des mécanismes d’action mis en œuvre lors de ce processus de réduction du frottement. L’ensemble des résultats expérimentaux, acquis au cours des essais réalisés sur les films de nanoparticules (graphite exfolié et CND-G) en présence de pentane ou en présence de dispersion de nanoparticules dans le dodécane, à l’aide d’un tribomètre alternatif à géométrie sphère/plan, nous a permis de montrer que le processus de réduction du frottement est lié à la formation d’un contact conforme par constitution d’un film épais de nanoparticules agglomérées dans la zone de pénombre de Hertz conduit au changement de régime de lubrification limite vers un régime mixte ou EHD. Les analyses physico-chimiques du contact en glissement lubrifié par spectrométrie Raman in situ nous a permis de montrer que le film lubrifiant est constitué de la dispersion de nanoparticules dans le liquide et que le processus spécifique de réduction du frottement est aussi associé à l’orientation des nanoparticules parallèlement aux surfaces de glissement.