Grants#
SNSF Ambizione (09.2019)#
Ambizione fellowship, Grant No. PZ00P2_185843
Swiss National Science Foundation (SNSF)
Grant: 567.000 CHF
Summary
Friction is omnipresent on our planet and in our daily lives. It allows us to walk, cycle, or take any means of transportation; at the same time, it can be responsible for significant energy losses. Beyond engineering applications, friction also prevents the sliding of tectonic plates, until, occasionally, the plates do slide, inducing an earthquake. For all these applications, we would like to predict and engineer frictional properties: a feat that we are unable to accomplish today.
Given its importance it is not surprising that great researchers, dating back to Leonardo da Vinci, have studied friction. However, a predictive theory of frictional properties is still missing. A reason for this is that significant complexity emerges from the fact that any interface is in fact rough at the micrometer scale: even a seemly flat interface, when zoomed in sufficiently, is reminiscent of an alpine landscape. When pressed together, this results in a wide variety of contacts, that also interact. Consequently, analytical analyses are impossible without additional assumptions, and, until recently, also our computers were not powerful enough to simulate this complexity. In contrast, using my novel model and efficient computations I can study this complexity. By doing so, I plan to propose a theory that would answer the simple question: When does sliding start when two flat solid objects are brought together? In particular, I plan to rationalise, one by one, the roles of the five most relevant microscopic ingredients: “The Five D’s of Friction”. Ultimately, such a theory will help to predict and engineer frictional properties, allowing for better earthquake prediction, precision engineering, and a reduction of frictionally-induced energy losses.
Résumé
La friction est omniprésente sur notre planète et dans notre quotidien. Ce phénomène nous permet de marcher, faire du vélo ou prendre n’importe quel moyen de transport ; il est en même temps source d’importantes pertes d’énergie. Au-delà de ses applications techniques, la friction contrôle également le glissement des plaques tectoniques, les freinant jusqu’à ce qu’un seuil ne soit atteint, déclenchant un séisme. Pour toutes ces applications, un enjeu clé est de pouvoir prédire et concevoir des propriétés de friction : nous en sommes cependant incapables à ce jour.
Compte tenu de son importance, il n’est pas surprenant que d’illustres chercheurs, remontant à Léonard de Vinci, se soient intéressés à la friction. Cependant, une théorie prédictive de la friction est toujours manquante. Cela est notamment dû au fait que toute interface est en fait rugueuse à l’échelle du micromètre : même une surface en apparence plate, en zoomant suffisamment dessus, ressemble à un paysage alpin. Lorsque deux surfaces sont pressées l’une contre l’autre, il en résulte une large distribution des contacts, qui, en outre, interagissent. Ces implications sont trop complexes pour être décrites de manière analytique et, jusqu’à récemment, nos ordinateurs n’étaient pas assez puissants pour même simuler cette complexité. En revanche, en utilisant mon nouveau modèle et une plus grande efficacité de calcul, je peux à présent étudier cette complexité de façon systématique. Ce faisant, je prévois de proposer une théorie qui réponde à la simple question : quand commence le glissement lorsque deux objets solides plats sont réunis ? En particulier, je compte étudier, un à un, les cinq ingrédients microscopiques les plus pertinents : « Les 5 ‘D’s de la Friction ». À long terme, une telle théorie contribuera à la prédiction et à la conception des propriétés de friction, à anticiper des séismes, et à améliorer l’ingénierie à haute précision et à la réduction des pertes d’énergie induites par friction.
NWO Rubicon (09.2016)#
Rubicon fellowship, Grant No. 680-50-1520
The Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO)
Grant: 160.000 EUR
Summary
Friction is key in many technologies and natural phenomena. A computational multi-scale model is developed, pairing the physics of micro-contacts with the geometrical complexity of rough surfaces. It is very novel and bridges a longstanding knowledge-gap.