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For several years, historical, archaeological and archaeometrical studies, lead for a specific spatio-temporal context, have shown the huge diversity for ancient ferrous alloys. This project aims to determine ferrous alloys qualities and to evaluate its diversity for a long period from Antiquity to the beginning of modern period, in Western Europe. For that, more than one hundred semi-products, intermediate materials between raw material and final object, were studied. Coming from several archaeological sites in North-Western Mediterranean and in Normandy, they reflect the evolution of technical systems for considered periods .Analytical methodology used links the metal nature, determined by metallographical analysis, and its mechanical properties evaluated by microhardness measurements and uniaxial tensile tests. The creation of an innovative semi-automatic algorithm, based on image analysis, allowed reducing by three the time dedicated to the interpretation of metallographic analysis. These studies supply quantitative and comparative data to consider the quality notion by a material approach.Independently from the considered period, a huge diversity of metal nature has been enlighten. Some period or site specificities have been pointed out. In order to understand the reason of such variability, the results concerning each context, coupled with bibliographic studies have been compared in a diachronic way and linked to historical issues. Reaching a comparative vision, inter and intra-sites, this approach permits to understand the impact of the technical and environmental conditions and the knowledge of craftsmen on the metal nature. It allows comprehending the way the ancient societies perceive and identify the different qualities and adapt them to a specific use.; Les études historiques, archéologiques et archéométriques menées jusqu’alors pour un contexte spatio-temporel précis montrent la diversité des alliages ferreux anciens. Ce projet vise à s’inscrire dans un temps long afin de déterminer les natures et les qualités du fer et de ses alliages et en évaluer la diversité de l’Antiquité au début de l’époque moderne en Europe Occidentale. Pour cela, plus d’une centaine de demi-produits, matériaux intermédiaires entre la masse brute et l'objet fini, ont été étudiés. Issus d’un ensemble de sites en Méditerranée Nord-Occidentale et en Haute-Normandie, ils reflètent l’évolution des procédés techniques sidérurgiques. La méthodologie employée relie la nature du métal, déterminée par analyses métallographiques, et ses propriétés mécaniques évaluées par analyses de microdureté et par essais de traction uniaxiale. La conception d’un algorithme semi-automatique basé sur du traitement d’images permet de diminuer par trois le temps d’interprétation des analyses métallographiques. Ces études fournissent des données quantifiables et comparables pour appréhender la qualité du point de vue du matériau. Quel que soit la période, les demi-produits présentent une grande diversité. Néanmoins, quelques spécificités ont pu être pointées par site ou par période. Afin de saisir l’origine d’une telle variabilité, les résultats des analyses site par site, couplés aux données de la bibliographie, ont été comparés de manière diachronique et rapprochés aux questionnements historiques. Cette approche inédite, comparatiste et statistique a permis de saisir l’impact des conditions opératoires et techniques sur la nature du métal et d’éclairer la façon dont les sociétés anciennes percevaient le matériau qu’elles travaillaient pour l’adapter à un usage spécifique.

This study is concerning the additive manufacturing process of powder bed fusion named DIRECT METAL LASER SINTERING (DMLS) which is similar to the SELECTIVE LASER MELTING process. An important amount of academic documentation exists on those processes especially focused on building parameters and their impacts on mechanical properties of built parts.In the industrial application, the accessibility of all printing parameters is generally not possible. Indeed, building parameters are incorporated by machine makers within the printers, and characteristics of built parts are guaranteed by the printing process. For industrial, scientist publications do not take all DMLS process in integrity but only specific parts which cannot lead to optimal control of built parts. The general problem of this study is to focus on the DMLS process with titanium Ti-6Al-4V alloy material. Building parameters investigated in this study are those our industrial partner can influence which include printing machine, reused powder, layer thickness, built orientation, polishing and heat treatment. The main data analysis on built parts are porosity, surface roughness, microstructure (phases analysis), and mechanical properties on tensile, fatigue, and hardness tests.A design of experiments was realized to establish relationships between some builds parameters and results from thedata analysis. Powder analysis is showing a sphericity deterioration with a high level of reused powder which can increase Vickers hardness. However, no link can be established with morphological deterioration, therefore the increase in hardness is due to chemical composition variation. Layer thickness does not influence mechanical properties even though high layer thickness leads to an increase of volume and porosity. The orientation effect on the sample is mainly shown at 0° orientation during the fatigue test. At this orientation, the number of cycles of life of the sample is increased even though the 0° orientation is the angle with the maximum number and volume porosities. The hot isostatic pressing treatment is one with the most influence. His realization highlight the phase transformation of martensitic a” to dual phase α + β phase. This heat treatment also reduces the number and volume of porosities. From a macroscopic perspective, this heat treatment leads to an increase of elastic modulus and elongation break but reduces yield stress and ultimate tensile strength. Finally, the decrease of Vickers hardness is shown with the modification of microstructure. The polishing effect is also another main parameter which leads to a decrease in surface roughness and an increase of mechanical properties during the fatigue test due to the limitation of surface cracks. To finish, the interaction between HIP treatment and polishing has a major influence on mechanical properties when combined. This is observed from tensile and fatigue tests as an important increase in mechanical properties.To conclude this study, statistics laws between built parameters and mechanical properties have been established. An evaluation of these laws was completed with an ultimate fabrication made by the industrial partner.; Réalisé en partenariat avec l’entreprise INITIAL, leader français de la fabrication additive, la présente étude concerne le procédé de fusion métallique sur lit de poudre nommé FRITTAGE LASER DIRECT DE MÉTAL (DMLS).Dans ce contexte mixte académique et industriel, l’accessibilité à l’ensemble des paramètres d’impression n’est pas possible. En effet, les paramètres de fabrication sont généralement figés par le fabricant de machines de manière à certifier les caractéristiques finales des pièces. Les études publiées dans la littérature ne reprennent pas l’ensemble du procédé DMLS mais certaines parties spécifiques ne permettant pas malheureusement pas une maîtrise optimale des pièces fabriquées. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’ensemble du procédé DMLS avec comme matériau de référence l’alliage de titane Ti-6Al-4V. Les paramètres investigués sont limités à ceux qui ont été fixé par l’entreprisepartenaire : machine de fabrication, recyclage des poudres, épaisseur des couches d’impression, orientation des pièces fabriquées, réalisation de post-traitements thermiques et polissage. Les principales données analysées en sortie pour caractériser les pièces sont la porosité, la rugosité de surface, la microstructure et les propriétés mécaniques en traction, fatigue et dureté.Un plan d’expériences a été mis en œuvre afin de pouvoir proposer in fine des modèles statistiques prévisionnels. L’analyse des poudres met en évidence une détérioration morphologique avec le recyclage et conduit à une augmentation de la dureté. L’épaisseur des couches lasées n’influence pas les propriétés mécaniques des pièces mais une épaisseur lasée importante entraine plus de porosité. L’effet de l’orientation d’impression des échantillons est essentiellement observable sur la tenue en fatigue, celle-ci est la plus élevée pour une orientation à 0°. Paradoxalement, l’orientation à 0° est celle pour laquelle les porosités présentent un volume plus important. Le traitement thermique HIP est l’un des paramètres ayant l’effet le plus marqué sur les propriétés mécaniques. D’un point de vue microstructurale, sa réalisation induit une transformation de phase qui conduit à la disparition de la structure martensitique a” au profit d’une structure biphasé α + β. Ce traitement thermique permet une résorption sensible des porosités. Du point de vue des propriétés mécaniques en traction, sa réalisation a pour conséquence une augmentation du module d’élasticité et de l’allongement à rupture et une diminution importante de la limite d’élasticité et de la limite à rupture. Il a par ailleurs été mis en évidence que l’effet du polissage est aussi très influant. Il entraine une augmentation de la tenue en fatigue et des propriétés mécaniques en traction. Une bonne combinaison des post-traitements de fabrication HIP et polissage permet d’obtention des meilleures propriétés mécaniques en traction et en fatigue.Différents modèles statistiques entre les paramètres d’impression et les propriétés mécaniques sont finalement proposé. Une évaluation de ces lois statistiques est réalisée à partir d’une plateforme de validation réalisé par le partenaire industriel.

Les études sur le damas d’assemblage effectuées ces dernières décennies ont fréquemment appliqué certaines méthodes physico-chimiques d’analyse sur les objets, augmentant ainsi la somme des informations accessibles aux chercheurs en archéologie et en archéométallurgie. Face à leur nombre et à la variabilité de leur contenu, nous avons voulu mettre en évidence leurs résultats et leurs limites et identifier leurs contributions à l’évolution des connaissances et des problématiques de recherches sur le damas d’assemblage depuis la fin du xixe siècle jusqu’à aujourd’hui. Les interprétations et extrapolations issues de ces différentes publications rassemblées, nous essayons de distinguer les connaissances acquises et les hypothèses encore à valider. Analysis and examination methods have been frequently used during the last decades for the study on pattern-welding, increasing significantly the amount of available information for researchers in archaeology and archaeometallurgy. Considering their number and the variability of their contents, we want here to underline specifically their results and limits as well as their contribution to the evolution of knowledge and issues on pattern-welding from the 19th century up to now. After gathering the interpretations and extrapolations undertaken, the aim is to separate effective knowledge from hypotheses that still have to be accepted or rejected.

Les demi-produits sont des contenus ayant la forme de contenants, c’est-à-dire des masses en alliage ferreux dont l’épuration et le compactage ont été plus ou moins soignés au cours de leur mise en forme. Destinés à l’exportation, ces produits semi-finis sont utilisés par les forgerons et les artisans comme « matière première » dans une grande variété de situations, du clou au crampon de construction. À travers l’application d’un protocole précis, visant à qualifier et à quantifier de manière exhaustive les différents critères définissant un alliage ferreux, nous proposons d’explorer les correspondances et les relations qui unissent la morphologie du demi-produit à la qualité du métal qu’il renferme. Ainsi, la place de l’acier est non seulement restituée dans la variété des fers employés, mais les schémas de commercialisation et d’échanges sont également explorés, notamment en précisant les normes et les destinations fonctionnelles de chaque demi-produit. Pour ce faire, notre propos s’articule autour de l’étude d’un lot particulièrement exceptionnel de demi-produits découverts au large des Saintes-Maries-de-la-Mer (Bouches-du-Rhône, France), dans onze navires romains naufragés au début du Haut-Empire. Semi-products are contents having the morphology of containers: ferrous masses whose epuration is more or less neat during their working. Intended for export, these semi-products are used by the blacksmiths and the craftsmen as « raw material » in a large variety of situations: like nail or cramp of construction. A precise protocol is described to qualify and quantify, in an comprehensive way, the criteria defining ferrous alloys. Thus, we propose to explore correspondences and relations which link about the morphology of semi-product and the quality of its metal. The part of steel is located in the variety of irons and the diagrams of marketing and exchanges are explored, in particular by specifying the standards and the functional destinations of each semi-product. With this intention, our matter is articulated around the study of an exceptional collection of semi-finished products discovered off the coast of Saintes-Maries-de-la-Mer (Bouches-du-Rhône, France), in eleven roman wrecks (the end of the 1st century BC-1st century AD).

Pour rendre les outils de fer plus performants, les hommes du Moyen Âge en ont renforcé les pointes et les tranchants par de l’acier. En croisant les données de rares comptabilités de forges et celles qui proviennent des analyses métallographiques d’objets retrouvés en fouille, il a été possible de mettre en évidence à la fois le rôle essentiel de l’acier dans la fabrication des outils et en même temps la faible quantité d’acier employé et le coût peu important qu’il représente à côté des autres dépenses de la forge. In order to improve iron tools, men in the Middle Ages used to reinforce the tips and the edges with steel. By combining the data coming from the few accounts of forges and others provided by metallographic analysis of artefacts found by excavating, it has been possible to show both the crucial part played by steel in making tools and the tiny quantity of steel used and the minor cost it represented as compared to other expenses in the forges.

Outgoing

L’Apollon de Lillebonne est, à ce jour, la plus grande sculpture de bronze représentant une divinité, découverte en Gaule romaine. Datée stylistiquement du iie siècle de notre ère, la statue, qui figure un Apollon lyricine, provient de l’antique Juliobona (Lillebonne, Normandie). Divinité salutaire, il s’agit très vraisemblablement d’une statue de culte. Une première étude de laboratoire avait été menée lors d’une campagne de restauration en 1974-1975 sous la direction d’Albert France-Lanord. Une exploration scientifique complémentaire, conduite au C2RMF en 2015, a apporté des informations inédites sur le contexte de présentation de l’Apollon dans l’Antiquité. Elle a permis surtout de caractériser la technique de dorure du bronze et aussi de mettre en évidence une importante phase de redorure antique. L’étude de la dorure a fait appel à diverses techniques d’examens et d’analyses : métallographie, microscopie 3D, spectrométrie de fluorescence X, microscopie électronique à balayage et à effet de champ. The Lillebonne Apollo is the largest bronze sculpture of a divinity found so far in Roman Gaul. Stylistically dating from the 2nd century AD, this statue of Apollo holding a lyre (now lost) was discovered in ancient Juliobona (present-day Lillebonne, Normandy, France). Given that Apollo was considered a salvation deity, this was very probably a cult statue. An initial laboratory study was conducted during the restoration of the sculpture in 1974-1975 under the direction of Albert France-Lanord. A complementary scientific investigation, carried out at the C2RMF in 2015, revealed new data about the context in which the Apollo was displayed in Antiquity. In particular, it identified the gilding technique used on the bronze and brought to light an important stage of ancient regilding. The study of the gilding involved diverse testing and analytical techniques: metallography, 3D digital microscopy, X-ray fluorescence, scanning electron microscope.

Ce rapport présente une étude réalisée sur un ensemble de pièces de fonderie apparentant au musée de l’Histoire du Fer de Jarville. La première pièce concernée est un cubilot : après avoir évalué visuellement son état et effectué des recherches bibliographiques sur son sujet, une étude détaillée est réalisée sur son enveloppe extérieure centrale à l’aide d’échantillons analysés par différentes méthodes ainsi que sur son armature principale à l’aide d’estimations et de calculs théoriques. Il en est conclu que la corrosion sur l’armature principale est traitable et ne présente pas de risques pour la structure tandis que l’enveloppe extérieure centrale est trop corrodée pour être traitée et risque de se détériorer davantage. Deux ponts roulants sont ensuites étudiés en commençant de même par un constat d’état visuel suivi de recherches bibliographiques. Une étude mécanique est ensuite réalisée sur la structure et permet de mettre en avant ses points faibles. Cela permet de conclure que sa résistance est encore relativement élevée même si des précautions sont à prendre. Enfin, une poche de coulée et un groupement de moules de fonderie font l’objet d’un constat d’état visuel ainsi que de recherches bibliographiques mais leur étude n’est pas poussée plus loin. Outgoing

Ce rapport présente une étude réalisée sur un ensemble de pièces de fonderie apparentant au musée de l’Histoire du Fer de Jarville. La première pièce concernée est un cubilot : après avoir évalué visuellement son état et effectué des recherches bibliographiques sur son sujet, une étude détaillée est réalisée sur son enveloppe extérieure centrale à l’aide d’échantillons analysés par différentes méthodes ainsi que sur son armature principale à l’aide d’estimations et de calculs théoriques. Il en est conclu que la corrosion sur l’armature principale est traitable et ne présente pas de risques pour la structure tandis que l’enveloppe extérieure centrale est trop corrodée pour être traitée et risque de se détériorer davantage. Deux ponts roulants sont ensuites étudiés en commençant de même par un constat d’état visuel suivi de recherches bibliographiques. Une étude mécanique est ensuite réalisée sur la structure et permet de mettre en avant ses points faibles. Cela permet de conclure que sa résistance est encore relativement élevée même si des précautions sont à prendre. Enfin, une poche de coulée et un groupement de moules de fonderie font l’objet d’un constat d’état visuel ainsi que de recherches bibliographiques mais leur étude n’est pas poussée plus loin. Outgoing

TIG (Tungsten Inert Gas) welding process is achieved by the creation of an electric arc between a tungsten cathode and a piece of metal. This process uses a shielding gas as argon, helium or mixtures at atmospheric pressure. The heat transfer between the arc and the work piece leads to a metallic weld pool and metallic vapours production. Weld quality is related to the plasma behavior and the molten zone motion (Marangoni force, Laplace force, drag force and gravity...).during the process. The aim of this work is to develop diagnostic methods leading to a better understanding of mechanisms involved in heat transfer in TIG welding. The aim is also to evaluate the influence of different experimental conditions (gaz nature, current intensity, arc length...) on theses mechanisms. Several lines of research were defined: - the study of the plasma temperature under different experimental conditions; - the study of the arc-liquid interface to understand the weld pool flow behavior and the impact of metallic vapor on the arc plasma ; - the study of the work piece after interaction to determine the dimension of the melted zone and link it to the flow behavior during the process. Arc-material interaction phenomena can be studied through modeling and experience. A 3D model has recently been designed in our team. The experimental characterization of the process developed in this work should provide a set of data to validate it.; Le soudage à électrode réfractaire, plus souvent appelé TIG (Tungsten Inert Gas), est un procédé dans lequel un arc électrique est généré entre une électrode en tungstène et les pièces à souder sous un flux gazeux inerte. Le transfert d'énergie entre l'arc et l'anode donne naissance à un bain métallique et à la production de vapeurs. La qualité des soudures obtenues est directement liée au comportement du plasma et aux phénomènes physiques présents dans le bain métallique (effets Marangoni, force de traînée, gravité, forces de Laplace, conduction thermique...). L'objectif de ces travaux de thèse est de mettre en place des méthodes de diagnostic permettant une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans le transfert d'énergie lors de l'interaction arc-matériau sur une configuration de soudage TIG. Il s'agit également d'évaluer et d'analyser l'influence de certains paramètres opératoires impliqués dans le procédé (nature du gaz, intensité du courant, longueur de l'arc...) sur ces mécanismes. Plusieurs axes de recherche ont été dégagés : - l'étude de la colonne plasma pour estimer sa température selon les paramètres opératoires utilisés ; - l'étude de l'interface arc-liquide pour la compréhension des phénomènes de brassage et d'écoulement dans le liquide ainsi que l'influence des vapeurs métalliques issues de l'érosion du matériau sur le plasma ; - l'étude du matériau après son interaction avec l'arc pour faire le lien entre le brassage dans le bain durant le procédé et les caractéristiques de la zone fondue observée après solidification. L'équipe Arc Électrique et Procédés Plasmas Thermiques (AEPPT) du laboratoire LAPLACE s'intéresse à ces phénomènes d'interaction arc-matériau par le biais de la modélisation et de l'expérience. Un modèle 3D a été récemment développé au sein de notre équipe sur cette thématique. La caractérisation expérimentale du procédé devrait permettre également d'apporter des éléments de validation aux modèles déjà existants.

TIG (Tungsten Inert Gas) welding process is achieved by the creation of an electric arc between a tungsten cathode and a piece of metal. This process uses a shielding gas as argon, helium or mixtures at atmospheric pressure. The heat transfer between the arc and the work piece leads to a metallic weld pool and metallic vapours production. Weld quality is related to the plasma behavior and the molten zone motion (Marangoni force, Laplace force, drag force and gravity...).during the process. The aim of this work is to develop diagnostic methods leading to a better understanding of mechanisms involved in heat transfer in TIG welding. The aim is also to evaluate the influence of different experimental conditions (gaz nature, current intensity, arc length...) on theses mechanisms. Several lines of research were defined: - the study of the plasma temperature under different experimental conditions; - the study of the arc-liquid interface to understand the weld pool flow behavior and the impact of metallic vapor on the arc plasma ; - the study of the work piece after interaction to determine the dimension of the melted zone and link it to the flow behavior during the process. Arc-material interaction phenomena can be studied through modeling and experience. A 3D model has recently been designed in our team. The experimental characterization of the process developed in this work should provide a set of data to validate it.; Le soudage à électrode réfractaire, plus souvent appelé TIG (Tungsten Inert Gas), est un procédé dans lequel un arc électrique est généré entre une électrode en tungstène et les pièces à souder sous un flux gazeux inerte. Le transfert d'énergie entre l'arc et l'anode donne naissance à un bain métallique et à la production de vapeurs. La qualité des soudures obtenues est directement liée au comportement du plasma et aux phénomènes physiques présents dans le bain métallique (effets Marangoni, force de traînée, gravité, forces de Laplace, conduction thermique...). L'objectif de ces travaux de thèse est de mettre en place des méthodes de diagnostic permettant une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans le transfert d'énergie lors de l'interaction arc-matériau sur une configuration de soudage TIG. Il s'agit également d'évaluer et d'analyser l'influence de certains paramètres opératoires impliqués dans le procédé (nature du gaz, intensité du courant, longueur de l'arc...) sur ces mécanismes. Plusieurs axes de recherche ont été dégagés : - l'étude de la colonne plasma pour estimer sa température selon les paramètres opératoires utilisés ; - l'étude de l'interface arc-liquide pour la compréhension des phénomènes de brassage et d'écoulement dans le liquide ainsi que l'influence des vapeurs métalliques issues de l'érosion du matériau sur le plasma ; - l'étude du matériau après son interaction avec l'arc pour faire le lien entre le brassage dans le bain durant le procédé et les caractéristiques de la zone fondue observée après solidification. L'équipe Arc Électrique et Procédés Plasmas Thermiques (AEPPT) du laboratoire LAPLACE s'intéresse à ces phénomènes d'interaction arc-matériau par le biais de la modélisation et de l'expérience. Un modèle 3D a été récemment développé au sein de notre équipe sur cette thématique. La caractérisation expérimentale du procédé devrait permettre également d'apporter des éléments de validation aux modèles déjà existants.

International audience; Un décapage horizontal de 35 m2 sur le gisement archéologique de Koussané a permis la mise au jour de vestiges sidérurgiques en relation avec une opération de réduction directe d’un minerai de fer siliceux. Deux fragments de charbon de bois inclus dans de la scorie ont fourni un âge C14 de 1715 ± 55 BP en accord avec la chronostratigraphie. Le four utilisé pour cette opération se composait d’une fosse peu profonde légèrement hémisphérique surmontée d’une cellule maçonnée à base de colombins et enduite d’argile. Tant la forme que la hauteur de cette superstructure s’avèrent indéterminables à partir des vestiges. Une tuyère disposée obliquement à travers le corps du four et associée à des soufflets, a favorisé la formation d’une éponge de fer au dessus de la scorie liquide comme le révèlent les examens métallographiques. Cette dernière s’est solidifiée dans la fosse en un bloc de 90 kg. A la suite de quoi la construction en élévation a été déplacée de deux à trois mètres pour permettre le prélèvement de l’éponge de fer. Les analyses chimiques effectuées sur le minerai et la scorie permettent d’estimer autour de 11,5 kg la masse de métal brut produit.

This work falls within an interdisciplinary research regarding the evolution of the manufacture techniques of the Ancient large bronze statuary (from the 2nd half of the 6th century BC to the 5th century AD). The purpose of the PhD is to contribute to the understanding of the flow fusion welding process, implementing a dual approach: study of ancient joins and experimental tests in laboratory. The studied statues come from french museums (Département des Antiquités Grecques Etrusques et Romaines of the Louvre museum, Musée départemental Arles Antique, the Evreux museum, Mission Archéologique Départementale de l'Eure). The technological study of this corpus is based on the methodology developed by the C2RMF, with several partners. First with the CEA Le Ripault, the Institut de Soudure, we used many analytical techniques (non-destructive testing, X-ray, elemental analysis by ICP-AES, optical and scanning electron microscopy ...). With the CEMHTI also, we studied the thermal transfer during welding tests conducted in the "high temperature room", recently developed in the C2RMF. At the end of this research, we are able to characterize more precisely the implementation of the welding process used by the ancient founders, whose success depends on the control of heat transfer.; Ces travaux s'inscrivent dans une recherche interdisciplinaire qui concerne l'évolution de l'ensemble des techniques de la grande statuaire antique en bronze (de la 2nd moitié du 6 siècle avant J.C. au 5e siècle après J.C.). L'objectif de la thèse est de contribuer à la compréhension du procédé de soudage par fusion au bronze liquide, en mettant en œuvre une double approche : étude de soudures antiques et essais expérimentaux en laboratoire. Les statues à étudier ont été choisies parmi les œuvres des collections des musées de France (Département des Antiquités Grecques Etrusques et Romaines du musée du Louvre, Musée départemental Arles Antique, et musée d'Evreux, Mission Archéologique Départementale de l'Eure). L'étude technologique de ce corpus s'est basée sur la méthodologie développée au C2RMF en collaboration avec plusieurs partenaires. Avec le CEA Le Ripault et l'Institut de Soudure tout d'abord, mobilisant ainsi une batterie de techniques d'examens et d'analyses (contrôles non destructifs, radiographie, analyse élémentaire par ICP-AES, microscopie optique et électronique...). Avec le CEMHTI également, qui a assuré le suivi thermique des essais de soudage en laboratoire menés au sein de l'espace " hautes températures " récemment aménagé au C2RMF. Au terme de ces travaux de recherche, nous sommes en mesure de caractériser avec plus de précision la mise en œuvre du procédé de soudage employé par les fondeurs antiques, dont la réussite s'avère dépendre avant tout de la maitrise du transfert thermique.

L’étude a porté sur l’un des sept sarcophages métalliques d’un ensemble, datant des XVIe-XVIIe s., découvert dans l’Hôtel-Dieu de Tonnerre (Yonne, France). Grâce à des études anthropobiologique, archéologique et métallographique, l’individu et son sarcophage ont été caractérisés.L’identification des techniques de fabrication a permis de différencier les deux sarcophages emboités qui enveloppaient le défunt, bien que le matériau de départ ait été le même ou presque.L’analyse anthropobiologique, résultant d’une fouille exhaustive en laboratoire, a permis de caractériser le sexe et l’âge du sujet, un individu jeune adulte, de sexe masculin, dont l’état sanitaire général est bon, bien que des variations anatomiques non métriques et une pathologie d’ordre traumatique aient été observées ; enfin, le traitement post mortem appliqué au défunt, problématique, a fait l’objet d’un examen particulier. The study concerned one of a set of seven metal sarcophaguses found in a burial space, dating from the 16th–17th centuries, discovered in the Hôtel-Dieu in Tonnerre (Yonne, France). Using anthropological, archaeological and metallographic techniques, the individual and his sarcophagus have been analysed.Identification of the manufacturing techniques enabled differentiation of the two sarcophaguses, one contained within the other, which held the body, though the material seems to have been the same or almost the same in both layers.The anthropobiological analysis, resulting from an exhaustive laboratory study, revealed the sex and approximate age of the subject. He was a young adult male in good general health, though non-metric anatomical variations and a traumatic pathology were observed. Lastly, the post-mortem treatment applied to the corpse, which has raised various questions, was the object of particular attention. Die Untersuchung betraf einen von sieben Metallsarkophagen eines im Hôtel-Dieu von Tonnerre (Departement Yonne, Frankreich) entdeckten und in das 16.-17. Jh. datierten Ensembles. Anthropobiologische, archäologische und metallographische Studien ermöglichten die genaue Beschreibung des Individuums und seines Sarkophags.Obwohl das Ausgangsmaterial der beiden Sarkophage identisch oder fast identisch war, konnten die beiden ineinander verschachtelten Sarkophage, in denen der Verstorbene ruhte, dank der Identifizierung der Herstellungstechniken unterschieden werden.Die aus einer erschöpfenden Laborgrabung resultierende anthropobiologische Analyse hat es erlaubt, das Geschlecht und das Alter des Individuums zu bestimmen : es handelte sich um einen jungen Erwachsenen männlichen Geschlechts, dessen allgemeiner Gesundheitszustand trotz nicht metrischer anatomischer Merkmale und einer traumatischen Pathologie gut war. Schließlich wurde die problematische Behandlung, die dem Toten post mortem zuteil geworden war, einer besonderen Untersuchung unterzogen.

From the raw bloom to the final product, depending on the nature of the latter, several semiproducts can be obtained along the chaîne opératoire. Some of them are directly transformed on the ironmaking site. Some other, on the contrary are marketed between several workshops, production centres or markets. On relation with the quantity of work to obtain them, or with the quality of the constituting material, they could have different values. For these reasons, understanding the way these semi-products were obtained and in which technico-economical context, but also the way they were comprehended by the ancient craftsmen and blacksmith is a fundamental aspect of ironmaking technical and economical history, whatever the period under interest is. The aim of the general overview presented here is to review, from the archaeological site to the laboratory, the different clues that allow to enlighten several aspects linked to the semi-product production and exchanges. Indeed, even if the archaeometric observations are scientific facts, they can never be considerate out of any archaeological and historical context. Thus, a constant come and go must be undertaken between the physico-chemical data and this context. For example, as far as the metal quality is concerned, added to the fact that numerous parameters will influence the mechanical behaviour of the material, it is important to know that it is not the only aspect that will determine the use of a given material. It is merely a more complex conjunction of its quality, the skill of the blacksmith, the availability of the metals in the technico-economical context under study, etc. Depending on the place in the chaîne opératoire, semi products can be more or less elaborated and of different natures: bloom slightly hammered after a first compaction treatment, ingot obtained after a more important hammering and cleansing, currency and socket bars, with a thinner shape closer to the form of the final artefact, etc. Semi-products can question several aspects of archaeological and historical studies. At the archaeological site level, it is of great interest to understand the spatial and technical organisation of the site, and sometimes of different production sites in the same area and period. It is also important to evaluate the nature of the forging sequences, the type of activities and production and the quantities. Another crucial question is the nature of the metal that is produced and marketed, linked to his mechanical behaviour, and the value it has in the different technicoeconomical contexts. To study this point it is necessary to try to evaluate it by identifying the parameters that mainly influence this quality and trying to define reproducible study methodologies in order to compare the different artefacts. Then, another important point is to study the semi-product diffusion and exchange on more or less long distances. To this purpose, crucial chemical data can be found in the slag inclusions (SI) embedded in the metallic artefact, that offers the possibility to identify homogeneous or heterogeneous corpuses but also, in specific cases, to enlighten the production region of the artefacts. Our research for 10 years concerns an important number of sites and artefacts covering periods from the 1st iron age to medieval times. Following the methodology of former works made in east of France and in the Swiss Jura, in the frame of several PhD works, we significantly completed our pluridisciplinary and diachronic investigations on the French territory for the following areas: Grande Limagne d'Auvergne, Nord du Bassin parisien, Narbonnaise (Languedoc-Roussillon, Provence-Alpes-Côte-d'Azur), Normandy, Pays de Bray, Pyrénées ariégeoises and an important part of central Burgundy. More than 600 ironmaking, sites, tens of historical buildings and several hundred artefacts were studied. These works allowed us to precisely define the internal characteristics of the materials in order to evaluate on the one hand the real nature of the forging activities on given sites, on the other hand the qualitative criteria that could help to identify some specificities and follow exchanges and technical breaks.

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analyses métallographiques

Models used for the fatigue assessment of spot-welded assembly only take into account geometrical parameters. Even so, residual stresses, microstructure of the Heat Affected Zone and notch root shape might be additional factors. This work consists in identifying the relevant parameters on the fatigue strength of spot welds made of High Strength Steel, to suggest welding conditions for an enhanced behaviour. To deeply analyze the tests results, methodologies and observation tools are developed: system to track the crack, SEM fractography and metallographic analysis. In the field of resistance spot welding, the primary structures observation enables to understand nugget growth formation. In some cases, solidification begins and occurs while current crosses the assembly. Many fatigue tests are carried out on tensile shear spot welded assembly made of Dual Phase steel. By the associated use of different observation tools, the welding conditions effect and the predominant influence factors are highlighted. There is few welding conditions influence on the propagation stage ; a reliability based model is proposed for this step. The initiation stage is a crucial step. An adapted weld cycle enables to obtain an enhanced fatigue behaviour thanks to an advantageous modification of the residual stresses field at notch root, by keeping admissible total weld time on component. These results open important outlooks for an industrial application.; Les principaux modèles de comportement en fatigue des assemblages soudés par point ne prennent en compte que des paramètres géométriques. Or, les contraintes résiduelles, la microstructure de la Zone Affectée Thermiquement et la forme du fond d'entaille sont, a priori, autant de facteurs d'influence supplémentaires. L'objectif de ce travail est la compréhension des facteurs prédominants de la tenue en fatigue des assemblages soudés par point en acier THR, afin de proposer des conditions de soudage permettant un comportement amélioré. Pour analyser finement les résultats d'essais, des méthodologies et des outils d'observation sont développés : suivi de fissure, fractographie MEB, analyse métallographique. En soudage, l'observation des structures primaires permet de comprendre la formation du point de soudure. Dans certains cas, la solidification débute alors que le courant est encore délivré à l'assemblage. De nombreux essais de fatigue sont réalisés sur des assemblages de traction-cisaillement en acier Dual Phase pour étudier l'influence des conditions de soudage. Par l'utilisation combinée des différents outils, l'effet des conditions de soudage et les principaux facteurs d'influence sur la durée de vie de l'assemblage sont dégagés. L'étape de propagation de fissure est peu sensible aux conditions de soudage, une modélisation fiabiliste de cette étape est proposée. L'amorçage de fissure se révèle être l'étape cruciale. Un cycle de soudage adapté permet d'obtenir un comportement en fatigue amélioré grâce à une modification favorable du champ de contraintes résiduelles en fond d'entaille , tout en gardant des séquences de soudage sur composant acceptables. Ces résultats ouvrent de réelles perspectives d'application industrielle.

International audience; Studies of semi-worked products of iron, varieties of ingots, focus on two themes: coinage and metallographic analyses. This article is a presentation of other means of researching this topic, associated with metallurgy, which can be approached from this raw material.; Les études sur les demi-produits de fer, sortes de lingots, se sont concentrées autour de deux thèmes : la monnaie et les analyses métallographiques. Cet article se veut une présentation d’autres pistes de recherches, liées à la métallurgie, abordables à partir de l’étude de cette matière première.

Excavations on the site of Uxellodunum have delivered an exceptional collection of iron weapons, with arrow heads and arrows of catapult. The major aim of this study concerns the characterization of their metallurgical structures and the determination of distribution, morphology and composition of phases and constitants. From that time, it is possible to suggest various ways for production and thermo-mechanical treatments developped by blacksmiths, at the 1st century BC ; This contributes to feed the technical history of forging. Several steps are retained for observation and analysis ; X rays radiography and metallographic analysis (macroscopy and microscopy -optical or scanning electronic MEB), were carried out for identifying the structural features of each type of component (metal, oxides, carbides or residual slag inclusions). Vickers microhardness values let to evaluate the level of mechanical resistance. Electron micro- probe and secondary ion mass spectrometrie (SIMS) were performed in order to reach local distribution of impurities at surface or, occasinaly inside (concentration profile), by ionic abrasion-analysis sequences. Correlations between these results let to discriminate some specific data, able to bring a better identification of steps of smelting and forging processes involved in the operating chain, from the raw materials to these artefacts., Les fouilles effectuées sur le site d'Uxellodunum ont permis de révéler un mobilier exceptionnel d'armes en fer se composant de pointes de flèche et de fers de trait de catapulte. L'objectif principal de l'étude est de caractériser la microstructure, la distribution, la morphologie et la composition des phases présentes dans ces objets. Il est dès lors possible de proposer des protocoles d'élaboration et de transformation mis en oeuvre par les forgerons, au 1er siècle av. J.-C. pour la fabrication de ces armes. On contribue par là-même à nourrir l'histoire des techniques de forgeage. Plusieurs étapes d'observation et d'analyse ont été retenues dont : la radiographie par RX des objets, l'examen métallographiquc macro- et microscopique -optique et électronique (MEB)-, permettant l'identification des structures du métal et des inclusions ou phases secondaires (oxydes, carbures, scories résiduelles). Des essais de microdureté Vickers ont permis d'apprécier le niveau de résistance mécanique des armes. Ces observations ont été complétées par des études microanalytiques à la microsonde électronique et par spectrométrie d'émission d'ions secondaires (SIMS) ; on atteint alors la distribution locale des divers éléments, soit, en surface, soit en profondeur lors de séquences d'abrasion-analyse. La corrélation des résultats obtenus doit conduire, à terme, à dégager un certain nombre d'indices discriminatoires et permettre d'expliciter les données relatives aux différentes étapes de la chaîne opératoire, de l'élaboration du métal à la réalisation des armes., Renoux Guillaume, Dabosi Francis, Pailler Jean-Marie. Les armes en fer d'Uxellodunum (Puy d'Issolud, Lot), dernière bataille de César en Gaule : étude paléométallurgique de pointes de flèche et trait de catapulte. In: Revue d'Archéométrie, n°28, 2004. pp. 141-152.