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The main objective of this work which has been conducted between the IRT Saint Exupéry and the CEMES, Université de Toulouse, CNRS laboratory is to reduce production and exploitation costs of aircraft primary structures by evaluating the potential increase of operating temperatures of aluminum alloys. To do so, two already fit-to-fly Al-Cu alloys have been selected and studied: the 2219-T851 and the 2050-T84. These alloys have been characterized throughout ageing treatments up to 10,000h at 200°C with electronic and optical microscopies in order to evaluate the microstructural changes. Standardized mechanical tests have also been conducted to follow the effects of such ageing on the alloys’ properties. The results have shown the stability of the mechanical properties and the microstructure of the 2219-T851 from 1,000h to 10,000h of ageing. This is attributed to the nano-precipitation of θ'-Al2 Cu, stable during the ageing treatment. Moreover, those precipitates tend to form during the ageing of the 2050-T84 by replacing the well known T1-Al2CuLi phase, unstable during medium range temperature ageing. During this thesis, special attention has been paid on the link between the mechanical properties and the fine scale microstructures of both alloys.; Ces travaux de thèse réalisés entre l'IRT Saint Exupéry et le CEMES, Université de Toulouse, CNRS ont pour objet l'étude d’alliages de la série 2000 pour des utilisations à des températures intermédiaires, de l'ordre de 200°C. La possibilité d'utiliser ces matériaux à cette température permettrait aux industriels du secteur aéronautique de réduire les coûts de production d'une part, et de diminuer les coûts d'exploitation des aéronefs ainsi plus légers d'autre part. Afin de répondre à cette problématique industrielle, deux nuances commerciales ont été considérées : le 2219-T851 et le 2050-T84. Ces nuances, déjà utilisées dans l'industrie aéronautique, ont été caractérisées à différentes échelles d'observation tout au long d'un vieillissement isotherme à 200°C allant jusqu’à 10000 h. Des observations effectuées à l'aide de divers microscopes optiques et électroniques et couplées à des essais mécaniques macroscopiques ont permis de déterminer l'évolution de ces nuances vieillies dans de telles conditions. Les résultats de cette étude montrent une importante stabilité thermodynamique des précipités nanométriques θ'-Al2Cu. Ces précipités constituent la microstructure fine de la nuance 2219-T851 à réception et apparaissent au cours du vieillissement au sein de la nuance 2050-T84 au détriment des précipités T1-Al2CuLi pourtant à l'origine des meilleures performances mécaniques avant vieillissement. Les évolutions microstructurales sont mises en lien avec les propriétés mécaniques en traction. Ces résultats montrent un intérêt industriel pour la nuance 2219-T851 dont la stabilité des propriétés a été montrée dès 1000h de vieillissement.

Thèse confidentielle jusqu'au 30-05-2022 . Ensuite le texte intégral sera accessible uniquement aux membres de l'Université de Lorraine; Lightweight materials are very attractive in the global industry, and more specifically in the field of automotive and aeronautics fields. For army vehicles the reduction of the weight has increased the need for lightweight metal and ceramic armor systems ; the combination of these materials being a key element in modern packages. Nowadays, aluminum alloys are widely introduced in such systems. Increasing the mechanical properties of these alloys will automatically imply a decrease of the mass of ballistic protections. In this context, the powder metallurgy route appears promising as it allows simultaneously to nanostructure the matrix by strain hardening and to scatter properly particles reinforcements. First, the choice has been made to focus on the combination of high density and hardening precipitation of an Al-Zn-Mg alloy. Strengthening precipitates give the consolidated raw powder mechanical properties close to the ones of a commercial wrought aluminum alloy AA7020 in a T651 temper. Then the same process was optimized on a milled powder in order to preserve the fine grains obtained by high energy ball milling. Finally, B4C particles were introduced as reinforcements in the aluminum matrix to develop an ultrafine-grained metal matrix composite; L’allègement des structures des véhicules est l’une des problématiques actuelles majeures car il permet d’atteindre de meilleures performances, une autonomie plus importante et une consommation plus faible. Ceci est d’autant plus vrai dans le domaine de la défense où la nécessité de se protéger face aux menaces balistiques implique un ajout de masse conséquent. Les alliages d’aluminium sont pour l’instant l’un des meilleurs compromis, mais augmenter leurs performances permettrait un nouveau gain de masse. Dans ce contexte, la métallurgie des poudres (MdP) se présente comme une alternative de choix aux procédés de mise en forme traditionnels car elle permet de combiner différents modes de renforcement des propriétés mécaniques, à savoir la nanostructuration, l’écrouissage, les solutions solides et les renforts particulaires. Dans un premier temps, l’étude s’est focalisée sur la possibilité de combiner haute densité et durcissement structural d’un alliage Al-Zn-Mg. La précipitation confère au matériau brut fritté des propriétés mécaniques un peu plus faibles que celles d’un alliage AA7020 de coulée traité à l’état T651. L’approche a ensuite été appliquée à la poudre broyée, le but étant alors d’associer densité et précipitation tout en préservant les grains ultrafins obtenus par broyage. Enfin, la problématique de la consolidation de composites à matrice métallique à grains ultrafins et à renforts B4C a été abordée

CobaPress™ is a hybrid process of casting and forging leading to the manufacturing of high integrity/critical safety components and sub-assemblies for the automotive industry. The advantages to manufacture automotive parts using this process are multiple such as an important decreasing of the porosities amount, a better fatigue life cycle, the elaboration of complex geometries.Throughout this process, the main objective consists of the elaboration of chassis parts with higher mechanical properties by reducing the silicon content usually at 7% in the cast CobaPressed aluminum alloys. A new hybrid cast/wrought aluminum alloy called HMP alloy with lower silicon content is then developed. The objective is to improve the static and cyclic mechanical properties of the parts thanks to this alloy. The use of Thermocalc© simulations allowed us to set up with annealing temperatures and chemical composition of the HMP alloy. Channel die experiments have been carried out to study the reclosing of porosities, but also sub-structure evolution for a fixed temperature and various strain rates. Observations on EBSD have been made in order to characterize recovery and/or recrystallization phenomena.Because the secondary phases may have a detrimental effect on the cyclic properties, we are also interesting in the influence of these phases on crack initiation during fatigue tests on the HMP alloy., Le CobaPress™ est un procédé hybride de coulée et de forge permettant l’obtention de pièces automobiles du type liaison au sol. L’avantage principal réside dans le fait qu’il est possible de produire des pièces à géométrie complexe, le tout en réduisant la quantité de porosités dans la pièce et de leur conférer une meilleure durée de vie en fatigue.L’objectif principal vise à améliorer les propriétés mécaniques de ces pièces en réduisant la quantité de silicium initialement présente à 7% dans les alliages d’aluminium lors du CobaPress™. On souhaite dans le contexte de cette thèse adapter le procédé CobaPress™ pour développer un nouvel alliage d’aluminium à hautes propriétés mécaniques appelé alliage HMP. Le travail porte sur l’étude microstructurale du matériau au sens des équilibres thermodynamiques et des évolutions attendues pendant les étapes du procédé pour déterminer la composition chimique idéale de l’alliage HMP. L’utilisation du logiciel Thermocalc© nous permettra de tenir compte des températures de fusion et de brûlure, mais également de la formation des différentes phases. De plus, des essais de compression plane encastrée sont menés pour étudier la refermeture des porosités, mais également la sous-structuration de l’alliage au cours du traitement thermique à température fixée mais à différentes vitesses et niveaux de déformation. Des observations EBSD sont également effectuées afin de caractériser les phénomènes microstructuraux tels que la restauration et la recristallisation. Nous nous intéressons également l'influence des secondes phases sur l’amorçage des fissures au cours d’essais en fatigue sur l’alliage HMP.

In low earth orbit, global performances of satellites can be affected by contamination of critical surfaces as optical devices and detectors. On-orbit molecular contamination is due to outgassed organic pollutants emanating from spacecraft materials. One way to reduce and eliminate this phenomenon is the use of molecular adsorbents. Among them, zeolites appear to be relevant materials for contaminants retaining. Unlike common powder materials, zeolites films can also avoid the secondary dust contamination due to particles breeding and can be easily inserted in the satellite structure. As a consequence, this work deals with the synthesis of zeolite films on aluminium alloys widely used in aerospace industry for their attractive mechanical properties. When attempting to elaborate microporous films of FAU, EMT or *BEA-type zeolites selected for their relevant sorption capacities, their corrosive synthesis media dissolves the aluminium substrate. To solve this problem, a bottom layer composed of MFI-type zeolite is synthesized and acts as a protective barrier for aluminium alloys. This study is thus dedicated to the development of zeolite hybrid films composed by two different structure-type layers. Various parameters such as crystallinity, homogeneity, film thickness and adhesion between both zeolite layers and the substrates were particularly studied in order to elaborate space-qualified materials. Once calcined, the sorption capacities of these hybrid films were identical to corresponding powders. Moreover, by optimizing the calcination step, the mechanical properties of the starting aluminium alloys are kept., Dans le domaine spatial, la contamination moléculaire est un problème important pouvant affecter considérablement la performance des instruments embarqués. Selon l’environnement thermique, certaines molécules polluantes provenant du dégazage sous vide des matériaux constitutifs des satellites viennent en effet se déposer sur les surfaces sensibles tels que les optiques et les différents détecteurs. Grâce à leur structure microporeuse organisée qui leurs confèrent de remarquables capacités d’adsorption, les zéolithes sont des solides de choix pour minimiser les risques de pollution. Les films zéolithiques offrent plus précisément l’avantage d’être directement intégrés dans la structure interne des satellites, sont légers et non pulvérulents. C’est pourquoi l’objectif de cette thèse est d’étudier la synthèse de films zéolithiques sur deux types d’alliages d’aluminium, matériaux largement utilisés dans l’industrie spatiale pour leur résistance mécanique élevée. Face aux milieux de synthèse corrosifs de certaines zéolithes, la sensibilité des substrats en aluminium a été minimisée grâce à la formation d’un film microporeux de type MFI, tandis que la couche zéolithique aux propriétés d’adsorption recherchées de type FAU, EMT ou *BEA a été synthétisée à sa surface. Cette étude propose donc l’élaboration de films hybrides contenant deux couches de zéolithes de type structural différent. Divers caractéristiques telles que la cristallinité, l’homogénéité, l’épaisseur des films et l’adhésion des différentes couches entre elles et au support ont été particulièrement étudiés. Après calcination, les films zéolithiques hybrides présentent une porosité disponible et des capacités d’adsorption de molécules organiques équivalentes à celles d’une poudre. De plus, en optimisant le traitement thermique final, les propriétés mécaniques des alliages d’aluminium de départ ont pu être conservées.

PFC presentat a Université Lille Ce projet porte sur l'étude des propriétés mécaniques de l'alliage d'aluminium 6061- T6 soudées en utilisant la technique MIEA (arc électrique indirect modifié). Il rentre dans le cadre d'un projet de recherche plus vaste réalisé par le Dr. R.R. Ambriz. Nous avons réalisé dans un premier temps des observations de la microstructure des échantillons testés en fatigue (après la préparation métallographique) à l'aide des microscopes optiques. Nous avons procédé à un nombre de 700 mesures de micro-dureté Vickers, reparties de manière uniforme dans les principales zones d'une éprouvette, respectivement la section zone affectée par la chaleur, le cordon de soudure et le matériel de base. Ces mesures ont été utilisées pour construire une matrice et obtenir une carte de dureté de la section, ce qui permet de voir comment le matériau a été affecté par l'augmentation de la température lors du soudage. Une autre étape du projet a consisté en l'usinage des éprouvettes de fatigue type CT à l'aide des machines d'usinage traditionnel. Ces éprouvettes sont prélevés dans les différentes zones du matériau modifiées par la chaleur. Les éprouvettes ont été testées en fatigue pour voir comment les propriétés mécaniques varient selon la section et selon les sollicitations appliquées. Nous avons usiné également des éprouvettes pour des essais de micro-traction, principalement à l'aide d'une fraiseuse à commande numérique. Ces échantillons ont été réalisées pour définir plus précisément l'évolution des charges et des contraintes dans différents domaines de l'éprouvette, ce qui n'est pas possible de faire à l'aide des essais de traction classiques. La dernière étape du travail a consisté en l'étude et l'interprétation des résultats des différents essais, ce qui a permis de tirer les conclusions appropriées.

The initiation and the propagation of aluminum alloys microstructural corrosion is mainly based on the bimetallic corrosion phenomenon. This type of corrosion is caused by galvanic coupling at a local scale between the different phases contained in the alloy. The description of the localized corrosion phenomenon has been largely studied. Their complexity can explain why they are so difficult to predict by the way of numerical tools and why the works that have been done on this subject are so scarce. The present thesis brings a new contribution to this field by suggesting a methodology based on the complementary use of local electrochemical techniques and the finite element simulation of bimetallic corrosion. From an experimental point of view, the capillary electrochemical microcell has been used to get electrochemical kinetic data that are specific to a millimetric bimetallic model system, composed of an electrode of 1199 and an electrode of α-Al4%Cu solid solution. These kinetic data were then used as boundary conditions for the modeling of coupling. S. V. E. T. (Scanning Vibrating Electrode Technique) measurements enable the validation of the numerically obtained current distributions. The use of a model system allowed us to modify several parameters used for simulation, and particularly the type of boundary conditions and the way to take into account the influence of pH on the extent of the anodic phase dissolution. The more satisfying conditions have then been applied to a more realistic system composed of an intermetallic particle, with a cathodic behavior, embedded in the matrix of the concerned aluminum alloy, which has an anodic role., L'amorçage et la propagation de la corrosion microstructurale des alliages d’aluminium repose la plupart du temps sur le phénomène de corrosion bimétallique. Cette corrosion est due à l’établissement d’un couplage galvanique à l’échelle locale entre les différentes phases contenues dans l’alliage. La complexité des phénomènes de corrosion locale explique la difficulté de leur prédiction par les outils numériques. Le présent travail de thèse apporte une contribution nouvelle dans ce sujet en proposant de modéliser ce couplage grâce une méthodologie basée sur la complémentarité entre des techniques électrochimiques locales et la simulation de la corrosion bimétallique par éléments finis. D'un point de vue expérimental, la microcellule électrochimique à capillaire a été utilisée pour acquérir des données cinétiques électrochimiques relatives à un système bimétallique modèle millimétrique, composé d’une électrode de 1199 et d’une électrode de solution solide Al4%Cu. Ces données cinétiques ont été ensuite utilisées comme conditions aux limites pour la modélisation du couplage. Des essais S. V. E. T. (Scanning Vibrating Electrode Technique) permettent de valider les distributions de courant obtenues numériquement. L’utilisation d’un système modèle a permis de faire varier différents paramètres de simulation, en particulier la façon de prendre en compte l’influence du pH sur l’intensité de la dissolution de la phase la plus anodique. Les conditions les plus satisfaisantes ont été appliquées à un système plus réaliste composé d’une particule intermétallique dite cathodique et couplée à la matrice de l'alliage d'aluminium concerné qui représente l'anode.