Dissertations / Theses on the topic 'Métallurgique'

De nouveaux matériaux métalliques nanoporeux à base d’éléments n’appartenant pas à la famille du Pt ont été synthétisés par le "dealloying" (ou dissolution sélective) d’alliages rapidement solidifiés. L’objectif est d’examiner les propriétés catalytiques en vue d’utilisation dans des piles à combustible alcalines directes ou en tant que substrats actifs pour la spectroscopie SERS. Des surfaces et des matrices nanostructurées de cuivre de morphologie très fines et une forte surface spécifique ont été obtenues respectivement par le dealloying aqueux de rubans CuxCa100-x amorphe (35
New nanoporous metallic materials based on non-Pt group metals have been synthesized via dealloying of rapidly solidified alloys and aimed to demonstrate competitive catalytic performance in the field of direct alkaline fuel cells and SERS-active substrates. Nanostructured copper surface and nanoporous copper matrix with very fine morphology and specific surface area were obtained by chemical dealloying of bulk Cu90(HfZr)10 and melt-spun amorphous CuxCa100-x (x ranging from 35 to 80 at.%) family of alloys accordingly. Nanoporous silver and cobalt substrates were produced by dealloying of M38.75Cu38.75Si22.5 crystalline ribbons (M = Co and Ag) as a result of the removal of Cu and Si-rich phases. In addition to conventional characterization methods, all nanoporous structures have been reconstructed by FIB-nanotomography, clearly exposing the morphological diversity of the three systems with transversal porosity when visualized and color-mapped in 3D by a special numerical tomography tool. It is for the first time that a practical significance of these materials has been explored in the scope of self-supported anodic catalysts, suggested throughout this study as an alternative to the unstable Pt-based carbon-supported commercial composites. Half-cell electrochemical tests demonstrated an excellent catalytic activity towards the oxidation of a borane fuel and superior stability of functioning in the alkaline environment compared to Pt/C catalyst. In similar conditions, nanoporous Co showed higher efficiency but lower stability, attributed to the complex chemical composition of its porous scaffold. Nanoporous Cu has not been exploited for the mentioned applications due to its high brittleness and is suggested to go through improvements on the step of precursor synthesis. Lastly, while exploring the mechanical behavior of the NPMs by instrumented nanoindentation of different nanoporous Ag substrates, a load-displacement dependence phenomenological model has been suggested for this class of metallic materials

Les superalliages à base de nickel sont très utilisés pour la réalisation des parties chaudes des turbomoteurs aéronautiques. Ainsi le superalliage Inconel 718 est utilisé pour la fabrication de pièces telles que les disques de turbines. Ce superalliage est fortement utilisé car il associe de bonnes propriétés mécaniques jusqu'à 650°C à un coût raisonnable. Au début des années 2000, ATI Allvac a développé un nouveau superalliage à base de nickel dans le but de concurrencer l'Inconel 718. Ce nouvel alliage, nommé ATI 718Plus, promet des propriétés mécaniques supérieures que celles de l'Inconel 718 pour une utilisation pouvant aller jusqu'à 700°C. Pour obtenir de bonnes propriétés mécaniques jusqu'à 700°C, la composition chimique de l'alliage ATI 718Plus a été établi par ATI Allvac, de façon à obtenir la phase intragranulaire !' comme phase durcissante, et la phase intergranulaire " comme dans l'Inconel 718. L'objectif de l'étude a été dans un premier temps de comprendre la microstructure de l'alliage. Pour cela des analyses en MEB et en MET ont été menées sur un grand nombre d'échantillons, traités à diverses températures et pour divers temps, de façon à identifier la nature cristallographique et chimique et la cinétique de précipitation des phases présentes dans l'alliage. Dans un second temps l'étude a consisté à caractériser la microstructure et les propriétés mécaniques en traction et en fluage de l'alliage ATI 718Plus traité selon neuf gammes de traitements thermomécaniques différentes. Ensuite l'étude a permis de tester trois gammes de traitements thermomécaniques dont nous avons défini les paramètres grâce aux résultats précédents de manière à optimiser la microstructure dans l'objectif d'améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage. Les essais de traction réalisés sur une grande varieté de microstructures et pour différentes températures ont également permis de caractériser la sensibilité de l'alliage ATI 718Plus au phénomène de Portevin - Le Chatelier.

Le silicium metallurgique et les ferrosiliciums elabores par voie pyrometallurgique doivent, pour certaines applications, subir un traitement d'affinage visant a en reduire la teneur en aluminium et en calcium. Un tel traitement peut etre effectue par le biais d'une oxydation des alliages liquides (procede tinject chez pechiney-electrometallurgie par exemple). L'objectif de ce travail est de preciser la description physico-chimique et thermodynamique de cet affinage par la mesure et l'analyse de plusieurs de ses parametres fondamentaux. Nous avons tout d'abord mesure par la methode de la goutte posee la tension interfaciale entre les alliages fer-silicium liquides et differents laitiers constitues des oxydes al#2o#3-cao-mgo-na#2o-sio#2. Nous avons montre que la tension interfaciale decroit avec l'enrichissement en silicium de l'alliage et l'addition d'oxydes basiques (cao, mgo, na#2o) au laitier. Les consequences de ces evolutions sur le procede d'affinage tinject sont analysees qualitativement. Les phenomenes interfaciaux dynamiques qui accompagnent le transfert rapide d'une impurete (al, ca) d'un alliage vers un laitier ont ete caracterises. Une etude extensive de l'equilibre thermodynamique entre alliages et laitiers a ensuite permis l'acquisition d'une connaissance precise des coefficients de partage des elements aluminium et calcium entre les deux phases, dans les conditions de traitement industriel (composition des phases, temperature). A l'aide de la technique des cellules d'effusion couplee a la spectrometrie de masse, nous avons mesure les coefficients d'activite a dilution infinie des elements aluminium et calcium dans les alliages fer-silicium. Nous presentons une analyse critique des resultats de ces mesures et de ceux qui s'obtiennent par l'intermediaire de calculs d'equilibre, a partir de l'etude des coefficients de partage

Les liaisons bimetalliques soudees concernees par cette etude interessent les assemblages par soudage des tubulures de cuve en acier faiblement allie 16mnd5 et des tuyauteries en acier austenitique 316 du circuit rep. Certaines de ces liaisons presentent en peau externe des defauts intergranulaires en premiere couche de beurrage qui n'apparaissent que lorsque la structure de cette premiere couche est purement austenitique. Les materiaux assembles ayant des coefficients de dilatation tres differents, nous avons suppose que la fatigue thermique pouvait etre responsable de la presence de ces defauts. Aussi, afin de tester cette hypothese et estimer le degre de nocivite de la structure austenitique, nous avons etudie une liaison bimetallique presentant une structure austenitique en premiere couche et avons simule la fatigue thermique par de la fatigue oligocyclique a 320c. Nous nous sommes attaches a decrire les transformations metallurgiques induites par le caractere heterogene de l'assemblage. De nombreuses discontinuites ont ainsi pu etre mises en evidence au niveau de l'interface metal de base/premiere couche de beurrage : discontinuites chimiques, microstructurales et cristallographiques. Une analyse des conditions de solidification imposees par le caractere heterogene de la liaison a ete proposee permettant de rendre compte des phenomenes observes. D'un point de vue mecanique, il semble que ces heterogeneites aient peu d'influence sur la tenue en fatigue de la liaison. Quel que soit le mode de sollicitation envisage, nous ne recreons pas les decohesions intergranulaires observees sur site. Une modelisation par elements finis a ete menee pour determiner la repartition de la deformation plastique cumulee et expliquer la presence d'une zone sans bandes de glissements apparentes au niveau de l'interface, cote beurrage.

Ce mémoire rend compte d’une étude avec un minerai aurifère pour quantifier l’effet de la dilution excédentaire sur l’extraction de l’or. Depuis une quinzaine d’années, une tendance d’augmentation de la profondeur des mines souterraines est observée au Canada et dans le monde. Lorsque ces exploitations souterraines atteignent des profondeurs supérieures à 1000 m, elles deviennent sujettes à de fortes pressions et tensions causées par la roche. Cependant, l’effet résultant sur l’extraction du minerai est difficilement quantifiable occasionnant une dilution opérationnelle excédentaire à celle planifiée. Le projet de maîtrise analyse l’impact de cette dilution excédentaire sur le traitement du minerai d’une mine d’or située dans la région de l’Abitibi (nord-ouest du Québec). Pour ce faire, deux types de dilution sont considérés : la roche stérile et le remblai. Les résultats du test de Bond et de données de cyanuration issues de la littérature illustrent dans quelle mesure le taux d’alimentation peut être augmenté pour mitiger l’effet de cette dilution excédentaire et la perte de production en or. La discussion étudie également les points positifs et négatifs du montage conçu pour l’automatisation de la cyanuration du projet.

Ces travaux traitent de l’influence du procédé d’élaboration sur l’état métallurgique et les propriétés mécaniques et anti-corrosion des alliages de Ni-W nanostructurés, dans le but de mieux comprendre le rôle de différents paramètres physico-chimiques sur ces propriétés. Pour cela, deux techniques de dépôt sont utilisées : l’électrodéposition et la pulvérisation cathodique magnétron. Une approche multi-échelle associant différentes techniques permet la caractérisation fine de la morphologie, de la taille de grains, de la texture, de la nature des joints de grains ainsi que de la composition chimique des alliages et de leur contamination. En fonction de la technique d’élaboration utilisée, la relation entre la teneur en W et les paramètres métallurgiques est très différente avec un impact du W beaucoup plus marqué pour les électrodépôts par rapport aux alliages obtenus par pulvérisation. Les propriétés des revêtements sont évaluées par des tests de microdureté et des essais électrochimiques (courbe de polarisation et spectroscopie d’impédance électrochimique). Une augmentation de la microdureté est généralement observée avec la diminution de la taille de grains et l’augmentation de la teneur en W dans les alliages de Ni-W. Cependant, les valeurs de microdureté les plus importantes sont toujours atteintes pour de hautes teneurs en tungstène mais pas forcément pour les tailles de grains les plus faibles. Une limite dans l’augmentation de la microdureté avec la diminution de la taille de grains a donc été mise en avant. L’étude de la réactivité électrochimique des alliages en milieu acide a permis de montrer un rôle prépondérant du tungstène qui va dépendre du pH, du domaine étudié et des réactions associées. La morphologie de surface et les défauts structuraux vont également pouvoir influencer la réactivité des alliages de Ni-W avec une influence qui peut dépasser celle des solutés. En comparaison, les autres paramètres microstructuraux (taille et orientation des grains, nature des joints de grains et contamination) ne semblent avoir qu’un impact mineur sur le comportement électrochimique
The aim of this study is to understand the influence of the deposition process on the metallurgical state and the mechanical and anti-corrosion properties of the nanostructured Ni-W alloys. Two processes are performed to obtain our alloys : the electrodeposition and the magnetron sputtering. A combination of several microstructural techniques at different scales has permitted the characterization of the morphology, the grain size, the crystallographic texture, the nature of grain boundaries and the concentrations of alloying elements. According to the elaboration process, the relationship between the W content and the metallurgical parameters is very different. A stronger influence of W is observed for the electrodeposited coatings by comparison with the alloys obtained by sputtering. The properties of the coatings are studied with microhardness measurements and electrochemical tests (polarization curve and electrochemical spectroscopy impedance). An increase of the microhardness is mainly observed with the decrease of grain size and the increase of tungsten content. But, the highest values of microhardness are always obtained for the highest tungsten content and not necessarily for the lowest grain size. So, a limit for the increase of microhardness with the decrease of grain size is put forward. The study of the electrochemical reactivity for the alloys in acidic media have shown a dominating role of the tungsten that depend on the pH, the studied domain and the reaction path associated with the corrosion process. The surface morphology and the structural defects have also an important influence on the reactivity of the Ni-W alloys that can exceed the impact of solute. As compared, the others metallurgical parameters (grain size, texture, grain boundaries and contamination) seem to have a minor influence on the electrochemical behavior

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'organisation de l'espace rurale antique, dans un rayon de vingt kilomètres autour de l'agglomération secondaire gallo-romaine d'argenttomagus (Saint-Marcel, Indre). Quatre composantes du paysage ont été abordées : les voies, les réseaux parcellaires, les habitats et les ateliers de réduction du minerai de fer. Très nombreux dans cette zone. Des prospections aériennes et pédestres. Ont été menées, ainsi qu'une enquête orale auprès des exploitants locaux et un examen des cliches verticaux de l'IGN. Au terme de cette enquête, 283 sites gallo-romains ont été répertoriés, dont 40% d'inédits, découverts entre 1990 et 1993. Grace à la confrontation des différents types de vestiges commus, l'organisation de ces terroirs ruraux a pu être mieux cernée, notamment en ce qui concerne les relations entre activités agricoles et métallurgiques, mêlées dans certains endroits où séparées dans d'autres. Par ailleurs, les traces de plusieurs réseaux parcellaires vraisemblablement antiques ont également été détectées. Quant au réseau des voies particulièrement dense aux abords d'argentomagus, il apparait comme un élément essentiel de l'économie rurale. De nombreux parallèles ont pu être établis à travers l'époque romaine, entre l'évolution d'argentomagus et celle des campagnes environnantes
This work deals with the arrangement of the rural ancient space. Within a radius of twenty kilometres around the small town of argentomagus (Saint-Marcel, Indre). Four elements of the landscape are studied: roads, networks of parcels, dwelling places and, iron and steel workshops, which are very numerous in this area. Several methods have been used: study of vertical aerial photographs of the national geographic institue (ign), aerial surveys, oral inquiries and ground focused and systematic surveys. 283 sites are known today, 40% of them were discovered between 1990 and 1993. Thanks to the comparison of the diverse types of settlements, the organisation of this rural area is nowadays better known; it is especially true for the links between agriculture and metallurgy, which can be mixed or not. Traces of several networks of parcels have also been found. During the whole roman period, the evolutions of argentomagus and of its surrounding area often appear linked. The local economy, especially the iron and steel industry, was certainly organised by the town, where a factory of weapons was established during the late roman empire

Dans le cas de l’usinage des corps de turbocompresseurs (fraisage, perçage et taraudage) en acier inoxydableausténitique réfractaire (AIAR), les durées de vie des outils de coupe sont fortement altérées par rapport à desaciers standards de résistance mécanique équivalente. De ce fait, le coût de l’usinage de ces pièces, outilscoupants compris, constitue une part importante du prix de production. Dans le cas de leur perçage, la sévéritéde l’usinage est accrue et ceci d’autant plus qu’il repose sur des outils monoblocs étagés, complexes etcouteux.Ce projet de thèse vise à développer une nouvelle géométrie de coupe optimisée pour le perçage des AIAR.Dans cette optique, une caractérisation de l’outil de coupe est réalisée en se basant non seulement sur l’analysedes efforts de coupe locaux à partir d’une discrétisation des efforts de coupe globaux dans le régime transitoire,mais aussi sur la formation du premier copeau. Ensuite, une analyse in-situ du cumul de l’écrouissage de lasous-couche usinée est également réalisée en s’appuyant sur une identification de la déformation plastiqueéquivalente incrémentale. L’ensemble des analyses contribuent à la compréhension de la relationécrouissage/usinabilité pour les AIAR pour l’amélioration de la durée de vie des outils
In the case of the turbocharger housings machining (milling, drilling and tapping operations) made of heatresistant austenitic stainless steel (HRASS), the tools life is greatly altered compared to standard steels ofequivalent mechanical resistance. Therefore, the machining cost of such pieces, including the cutting tools,constitutes a significant amount of their total cost. Concerning the drilling, the severity of the machining isincreased and even more since it relies on stepped, complex and expensive one-piece tools.This PhD project aims to develop a new cutting geometry optimized for the HRASS drilling. In thisperspective, a characterization of the cutting tool is carried out based on one hand on the local cutting forcesanalysis from a global cutting forces discretization during the drill tip penetration, and also on the initial chipformation. Then, an in-situ analysis of the cumulative strain hardening of the machined subsurface layer is alsocarried out using an identification of the incremental equivalent plastic strain. All the performed analysescontribute to the understanding of the strain hardening/machinability relationship for the tool life improvementof the HRASS dedicated drills

Cette étude porte sur la modélisation du traitement thermique superficiel par faisceau laser. Au cours de son traitement le matériau subit des évolutions de température et de microstructure qui génèrent des déformations et des contraintes internes dans la pièce traitée. Elle comporte d'une part une étude de l'influence des paramètres du procédé sur les profils des contraintes résiduelles. Le calcul thermique-métallurgique-mécanique est appliqué au traitement thermique superficiel de plaques en acier xc42 et 55c1. La genèse des contraintes internes et des déformations permanentes au cours du traitement a été analysée. Le calcul permet de prévoir de façon satisfaisante la géométrie, les distributions de dureté et de contraintes résiduelles de la zone affectée thermiquement. L'étude de l'influence des paramètres du procédé sur les profils de contraintes résiduelles montre que les variations admissibles de ces paramètres, conduisent a des contraintes résiduelles en surface qui restent relativement faibles par rapport a la limite d'élasticité du matériau. Ce fait est attribué principalement aux vitesses de refroidissement mises en jeu dans le traitement laser qui sont limitées par la conduction dans le matériau. Une simulation numérique a permis de montrer qu'un traitement laser avec un refroidissement additionnel de la pièce traitée, permet d'augmenter notablement le niveau de contraintes résiduelles de compression dans la zone traitée

Ce travail a necessite la mise au point d'un dispositif experimental de type pion-disque permettant de realiser, dans des conditions bien controlees, des essais tribologiques entre deux antagonistes en acier inoxydable austenitique sollicites en mode glissement sous faible charge, en milieu liquide avec possibilite d'elimination des debris. On a etudie l'influence de trois parametres principaux : distance de frottement, charge appliquee et nature du milieu sur la vitesse d'usure, la morphologie des surfaces degradees et les evolutions microstructurales induites dans les zones en contact sur le pion et sur le disque ainsi que dans les debris. Trois phases successives ont ete identifiees dans le processus de degradation : formation des premiers sillons, multiplication des sillons et acceleration de la perte de matiere, ralentissement et stabilisation de l'usure. Dans tous les cas les facies de degradation sont constitues d'un ensemble regulier de sillons et de bourrelets paralleles ; leur aspect est caracteristique d'un enlevement de matiere sur un materiau plastique par des particules dures. Les differentes techniques d'analyse structurale ont mis en evidence, des le debut des essais et quels que soient le milieu et la charge, une transformation martensitique importante dans les couches superficielles des zones degradees ainsi que dans les debris. La grande durete de ceux-ci et la forte diminution de la vitesse d'usure observee lorsqu'ils sont elimines en cours d'essai explique leur role essentiel dans les processus abrasifs responsables de la degradation. L'implantation-diffusion d'azote, sous forme d'une solution solide concentree dans l'austenite, modifie le processus de degradation et reduit considerablement l'usure des deux antagonistes ; toutefois lorsque seul l'un d'eux est nitrure celui ci se degrade certes lentement, mais l'autre peut subir une usure tres severe.

Ces travaux de thèse portent sur l’influence de l’état métallurgique sur les propriétés mécaniques et physico-chimiques des alliages électrodéposés nanostructurés de Ni-W pour lesquels la gamme de taille de grains peut être élargie à l’échelle nanométrique grâce à l’ajout de tungstène. Les alliages sont obtenus par électrodéposition en régime continu ou pulsé, à partir d’un bain citrate/ammonium. Une approche multi-échelle associant différentes techniques d’analyse (MEB, EBSD, MET, DRX, EDS, µFluo-X, SIMS et extraction à chaud) permet la caractérisation fine des paramètres métallurgiques. Nos résultats montrent que l’augmentation de la teneur en tungstène engendre un affinement de la taille de grains qui s’accompagne d’une évolution de la morphologie, de la texture cristallographique et de la contamination par les éléments légers (O, H, N, C). Afin de séparer l’influence des différents paramètres métallurgiques sur les propriétés, une démarche originale a été proposée, notamment en utilisant des recuits thermiques sous atmosphère contrôlée comme un moyen de faire varier la microstructure sans modifier la teneur en W et en prenant en compte l’influence de l’état de surface. En plus de l’effet classique de la taille de grains sur l’augmentation de la microdureté, la loi de Hall et Petch dépend fortement des solutés interstitiels et substitutionnels. En milieux acides et alcalins désaérés, le tungstène joue un rôle majeur aussi bien dans le domaine cathodique que dans le domaine anodique. Les autres paramètres métallurgiques comme la taille de grains interviennent plutôt au deuxième ordre
The aim of this study is to understand the influence of the metallurgical state on the mechanical and anti-corrosion properties of electrodeposited nanostructured Ni-W alloys, in which the grain size can be extended towards nanometric scale by the tungsten addition. Citrate-ammonium baths were used to obtain the alloys by applying direct and pulse currents. A combination of several microstructural techniques at different scales (SEM, EBSD, TEM and XRD) has permitted the characterization of the morphology, the grain size, the crystallographic texture and the nature of grain boundaries. Concentrations of alloying element and contaminants were determined using several techniques such as EDX, GDOES, SIMS, µ-XRF and hot extraction analysis. The obtained results show that tungsten incorporation leads to grain refinement but also to other microstructural changes (morphology or crystallographic texture) and to different levels of contamination. In order to separate the influence of the different metallurgical parameters on the mechanical and corrosion properties, an innovative process was proposed using annealing treatments under controlled atmosphere to vary the microstructure without modifying the tungsten concentration. In addition to the influence of the grain size on the hardness evolution in alloys, the Hall-Petch relationship is also strongly dependent on the incorporation of light elements and tungsten. The study of the polarization curves in acidic and alkaline deaerated solutions revealed that the tungsten addition plays an important role on the electrochemical reactivity in both anodic and cathodic domains and that the other metallurgical parameters such as grain size intervene only at second order

L’obtention de tolérances dimensionnelles de plus en plus serrées sur les tôles d'aciers laminées à chaud nécessite de progresser dans la prévision des efforts de laminage. L’objectif du présent travail est de développer un modèle mathématique du laminage à chaud, à base physique, dans le cas des tôles fortes en aciers au carbone non alliés. Ce modèle mathématique appelé SPEED (strength prediction by evolution equations of dislocations) comprend trois sous modèles : le modèle de déformation décrit la courbe contrainte-déformation à chaque passe ; le modèle d'évolution structurale décrit l'évolution de la structure de l'acier entre les passes ; le modèle de force calcule l'effort de laminage à partir de la contrainte d'écoulement. La complexité des phénomènes métallurgiques à étudier et la diversité des conditions de laminage justifient une étude expérimentale soignée pour l'établissement du modèle de déformation. Un montage de compression à chaud, équipé d'un système de trempe in-situ, a donc été construit ; un programme d'analyse automatique des données trace les courbes contrainte-déformation. Le choix de six nuances d'aciers et de conditions expérimentales représentatives du laminage a chaud des tôles fortes a permis la constitution d'une base de données homogène. Le modèle de déformation repose sur une équation originale d'évolution de la densité de dislocations, qui traduit la compétition entre l'écrouissage et la restauration dynamique. Le domaine de la recristallisation dynamique est décrit en utilisant deux corrélations expérimentales originales qui simplifient considérablement l'écriture : il a de ce fait un bon rapport précision-simplicité. Le calage est effectué sur la base de données expérimentales à l'aide d'une procédure automatique d'identification des paramètres qui permettra dans le futur l'extension à de nouvelles nuances d'aciers. Le modèle d'évolution structurale décrit la recristallisation statique et/ou metadynamique et l'évolution de la taille des grains, par des expressions présentant un bon compromis précision-simplicité. Pour le calcul des efforts de laminage, une version améliorée du modèle classique de Sims a été développée. Le modèle SPEED a été teste avec succès sur de nombreuses données issues de laminoirs industriels : les résultats montrent qu'il améliore significativement la prévision des efforts sans aucune procédure d'adaptation.

La gamme de produits fils fins commercialisée par METALOR est basée sur des alliages d’argent, de cuivre et de palladium à hautes performances électrique et mécanique, à l’exemple du produit NOVAE1 qui présente une résistance mécanique de 1,3 GPa et une conductivité électrique de 17 % IACS. L’objectif de cette étude est de comprendre les mécanismes métallurgiques à l’origine de ces caractéristiques et de les mettre à profit afin de proposer une nouvelle gamme d’alliage à conductivité améliorée tout en conservant une résistance mécanique élevée. L’étude préliminaire menée sur le système binaire Cu-Pd met en évidence la présence de la phase βCuPd en-dessous de 600°C, dont la conductivité électrique est évaluée à 30 % IACS. Cette phase est mise en évidence expérimentalement dans le fil fin NOVAE1 et sa formation est associée à une augmentation de la conductivité de 8 % IACS. Ce pourrait donc être une réponse prometteuse pour le développement des nouveaux alliages. Des expériences ciblées ont été menées sur sept nuances d’alliages élaborés et recuits pendant plusieurs mois à 727 °C et 550 °C et caractérisés ensuite par microsonde, DRX et MEB. Ces nouvelles données permettent d’affiner la description thermodynamique du système ternaire Ag-Cu-Pd, en particulier de la lacune miscibilité, constituée des deux solutions solides cfc α1 et α2 et de l’extension de la phase βCuPd dans le système ternaire. La caractérisation multi-échelle du fin fil NOVAE1 met évidence la structure complexe, triphasée et nanostructurée de l’échantillon. Ces observations permettent la mise au point de modèles phénoménologiques des propriétés mécanique et électrique des fils en considérant une matrice constituée de phase α1 riche en Ag, associée à une phase molle dans laquelle sont incluses des domaines de phases dures riches en Cu et Pd, α2 et βCuPd. Les caractéristiques du fil sont ainsi évaluées en fonction de leur composition chimique. Cela met en évidence les paramètres clés du système : proportions de phases, tailles de grains, module élastique de la phase molle et propriétés électriques des phases
The range of fine wire products marketed by METALOR is based on silver, copper and palladium alloys with high electrical and mechanical performance, such as the NOVAE1 product which has a mechanical strength of 1.3 GPa and an electrical conductivity of 17 % IACS. The objective of this study is to understand the metallurgical mechanisms behind these characteristics and to take advantage of them in order to propose a new range of alloys with improved conductivity while maintaining high mechanical strength. The preliminary study carried out on the Cu-Pd binary system highlights the presence of the βCuPd phase below 600 °C, whose electrical conductivity is estimated at 30 % IACS. This phase is experimentally highlighted in the NOVAE1 fine wire and its formation is associated with an 8 % IACS increase in conductivity. It could therefore be a promising answer for the development of new alloys. Targeted experiments were carried out on seven grades of alloys developed and annealed for several months at 727 °C and 550 °C and then characterized by microprobe, XRD and SEM. These new data allow to refine the thermodynamic description of the Ag-Cu-Pd ternary system, in particular the miscibility gap, consisting of the two solid solutions cfc α1 and α2 and the extension of the βCuPd phase in the ternary system. The multi-scale characterization of the fine NOVAE1 wire highlights the complex, three-phase and nanostructured structure of the sample. These observations allow the development of phenomenological models of the mechanical and electrical properties of the wires by considering a matrix consisting of an Ag-rich α1 phase, associated with a soft phase in which are included hard phase domains rich in Cu and Pd, α2 and βCuPd. The wire characteristics are thus evaluated according to their chemical composition. This highlights the key parameters of the system: phase proportions, grain sizes, elastic modulus of the soft phase and electrical properties of the phases

Résumé : La mesure des profils transitoires et de la vitesse de solidification sont deux données importantes pour le contrôle de procédés industriels impliquant un changement de phase. Dans le cas de l’électrolyse de l’aluminium, ce processus de solidification assure la protection du système et influe sur la performance énergétique du procédé de fabrication. Malheureusement, ces données se révèlent, dans la plupart des cas, difficilement accessibles. Ce travail de thèse porte sur le développement de nouveaux outils permettant l’étude et la caractérisation de la solidification de matériaux à changement de phase et à haute température. L’objectif est de développer un système de mesure du front de solidification de matériaux à changement de phase non destructif et ne perturbant pas le milieu de mesure, tout en assurant une précision et une réponse suffisamment rapide pour exploiter de nouvelles stratégies de contrôle dans les cuves d’électrolyse. Ce travail couple une étude expérimentale fondamentale de la solidification de la cryolithe avec une modélisation numérique de phénomène de changement de phase solide-liquide dans des conditions proches du fonctionnement de cuves d’électrolyse. // Abstract : Measurement of transient solidification fronts and of solidification rate are two important data for controlling industrial processes involving a solid-liquid phase change. In the case of aluminium electrolysis, this solidification process protects the system and affects the energy performance of the manufacturing process. Unfortunately, these data are not easy to obtain in most cases. This thesis focuses on the development of new tools for the study and on the solidification characterization of phase change materials at high temperature. The goal is to develop a nondestructive solidification front measurement system for phase change materials without disturbing the measurement medium, while ensuring accuracy and a fast enough response time to exploit new control strategies in electrolysis cells. This work couples a fundamental experimental study of the cryolite solidification with numerical modeling of solid-liquid phase change phenomenon under conditions close to those during normal operation of electrolytic cells.

Élaboration des alliages Al-7 à 25% poids Si par trempe depuis l'état liquide suivant deux procédés : la coulée sur rouleau et la pulvérisation centrifuges. Les poudres obetenues par pulvérisation sont compactées par filage à chaud. Influence de la composition chimique, des conditions de trempe et de traitement thermique sur la microstructure. Étude des propriétés mécaniques dans les alliages obtenus

#9#9tc est produit en reacteur en quantite significative par l'irradiation du molybdene issu de la fission de #2#3#5u et #2#3#9pu. Sa longue periode radioactive (2,1. 10#5 ans) et sa mobilite chimique elevee (migration dans l'environnement de l'ion soluble tco#4#-) le classe parmi les produits de fission contribuant significativement a la radiotoxicite a long terme dans les dechets nucleaires. La transmutation du #9#9tc, en isotopes stables du ruthenium, dans un reacteur a neutrons rapides est l'une des voies prospectees pour reduire sa radiotoxicite. L'objectif du travail presente consiste a rechercher et a etudier des cibles de technetium repondant aux specifications de l'irradiation en reacteur nucleaire. Des barreaux de technetium ont ete elabores, par la technique de coulee en coquille, et leur structure de grains observee. Devant le risque de deformation anisotrope sous irradiation du technetium, de structure cristalline hexagonale, nous proposons des cibles d'alliage nb#0#,#2tc#0#,#8, de symetrie cubique. Des premiers examens sur du technetium irradie sont presentes : jusqu'a un taux de transmutation de l'ordre de 6 at. %, le metal a un bon comportement. Il n'existe actuellement aucune experience d'irradiation d'alliage nb#0#,#2tc#0#,#8. Pour simuler et prevoir les effets de la transmutation sur de telles cibles, l'etude des alliages ternaires nb#0#,#2tc#xru#(#1##x#) a ete entreprise : jusqu'a un taux de transmutation d'au moins 15 at. %, la symetrie cubique est conservee. Des mesures de proprietes mecaniques et thermiques des alliages nb#0#,#2tc#0#,#8 et nb#0#,#2tc#0#,#6#5ru#0#,#1#5 ont ete menees. Il s'avere que, a l'inverse du technetium, ils ont un comportement dur et fragile et une conductivite thermique relativement faible.

La these est basee sur l'etude de la stabilite mecanique et microstructurale de systemes microelectroniques, faisant appel a des alliages a bas point de fusion (95 wt. % pb - 5 wt. % sn et 40 wt. % pb - 60 wt. % sn). Ceux-ci constituent des elements de base d'interconnexion puce-substrat, sur un ou plusieurs niveaux dans certains types de microcircuits. Le travail presente d'une part un aspect mecanique, et d'autre part un aspect microstructural et metallurgique. L'aspect mecanique regroupe des resultats d'essais monotones et cycliques faits sur des micro-eprouvettes et l'aspect microstructurale et metallurgique, les resultats de traitements thermiques. Le comportement mecanique de ces alliages a ete modelise, permettant de degager les parametres d'endommagement critiques necessaires a l'evaluation des microcircuits. L'analyse metallurgique degage l'importance de processus de redissolution et precipitation au niveau des interfaces. Tous deux sont relies par l'analyse theorique et experimentale effectuee au niveau des interfaces que presentent les structures etudiees.

Les sollicitations auxquelles sont soumises les pièces de pignonnerie automobile, au cours de leur utilisation, conduisent à des exigences structurales spécifiques. Aussi, le traitement thermique doit être optimise de façon à réaliser des couches superficielles dont les caractéristiques métallurgiques et mécaniques assurent une bonne tenue des pièces en service. Dans ce mémoire, nous montrons la possibilité de piloter le refroidissement par pulvérisation pneumatique âpres un chauffage superficiel par induction. Nous étudions d'un point de vue structural et mécanique l'influence de différents types de refroidissement sur la couche affectée thermiquement d'éprouvettes en acier 45m5 et en 20mc5 préalablement cémenté. Pour certains traitements, nous mettons en évidence la formation de structures auto-revenues qui altèrent les caractéristiques des pièces traitées. L'apparition de ces anomalies est comparée aux résultats d'un modèle de calcul de la température superficielle développé dans le cadre de cette étude. Nous proposons et non testons un autre mode de régulation des lois de refroidissement qui améliore la qualité métallurgique des traitements. Enfin, nous mettons en relief les difficultés de la mesure des contraintes résiduelles par diffraction x dans les couches superficielles martensitiques riches en carbone

Les alliages de zirconium ont été choisis pour la fabrication des gaines de combustible des REP. Etant données les conditions sévères d’utilisation de ces matériaux, il est indispensable de les qualifier afin de respecter les critères de sûreté en vigueur. Il s’agit d’étudier la tenue mécanique de ces matériaux dans les conditions nominales, mais aussi en conditions accidentelles. Lors de certains scenarii accidentels hypothétiques, la gaine peut subir une incursion à haute température (HT) en atmosphère de vapeur d’eau, puis un refroidissement et une trempe à l’eau. L’oxydation accélérée de la gaine qui s’ensuit et les évolutions métallurgiques associées conduisent à une dégradation des propriétés mécaniques résiduelles qu’il faut évaluer. C’est à partir de cette problématique que le sujet d’étude a été défini. Du fait de la diffusion importante de l’oxygène dans le substrat pendant l’oxydation HT, les tubes de gaine se caractérisent par la présence de différentes phases dans l’épaisseur aux caractéristiques mécaniques bien différentes. Afin de rendre compte du comportement mécanique résiduel de ces objets « multi-couches », le travail de thèse a consisté à obtenir des échantillons représentatifs des différentes phases du matériau « réel ». Nous avons alors étudié la transformation de phases au refroidissement dont nous avons proposé un mécanisme phénoménologique. Puis, les mêmes matériaux ont fait l’objet de caractérisations mécaniques à différentes températures et teneurs en oxygène. Cette caractérisation mécanique nous a servi à initier des calculs par éléments finis pour retranscrire le comportement de la gaine lors d’essais de compression d’anneaux
Zirconium alloys are used as cladding materials in PWR. As they are submitted to very extreme conditions, it is necessary to check their behaviour and especially to make sure they meet the safety criteria. They are therefore studied under typical in service-loadings but also under accidental loadings. In one of these accidental scenarios, the cladding temperature may increase above 800°C, in a steam environment, and decrease before a final quench of the cladding. During this temperature transient, the cladding is heavily oxidised, and the metallurgical changes leads to a decrease of the post quench mechanical properties. It is then necessary to correlate this drop in residual ductility to the metallurgical evolutions. This is the problem we want to address in this study. As oxygen goes massively into the metallic part - a zirconia layer grows at the same time – during the high temperature oxidation, the claddings tubes microstructure shows three different phases with various mechanical properties. In order to reproduce the behaviour of this multi-layered material, the first part of this study consisted in creating samples with different oxygen contents, similar to those observed in the different phases of the real cladding. The study was especially focused on the phase transformation upon cooling. A mechanism was proposed to describe this phase transformation. Then, these materials were mechanically tested at various temperatures and for various mean oxygen contents. It was thus possible to start some preliminary finite element calculations to describe the cladding behaviour under the standard technological ring compression test

Sur le marché mondial de l’ingénierie métallurgique des technologies permettant la production de fonte, les entreprises européennes se trouvent confrontées de manière croissante à des concurrents issus des pays émergents. En réaction à ce défi, elles développent un comportement stratégique de vente spécifique, qui est étudié par l’auteur, en se basant sur des expériences pratiques en industrie. L’innovation, qui est au coeur de cette stratégie, est déployée, non pas au moyen d’un transfert de technologies, c’est-à-dire sous forme de transfert de propriété industrielle autonome, mais à travers une diffusion de technologies où le vecteur de transfert se trouve être l’équipement physique, fabriqué directement ou indirectement par l’entreprise. Les pratiques concurrentielles mondiales mettent ainsi en brèche les outils de protection et de transfert de technologies classiques
European engineering companies for blast furnace technologies are increasingly challenged by competitors out of emerging countries. In reaction to this, European companies need to develop a specific strategic sales behaviour, which the author analyses, based on professional experience. Innovation, as a core element in that process is thus traded through “technology diffusions” where the transfer vehicle is the hardware and not the intellectual property rights. The reasons of such approach are analyzed where Europeans engineering companies put apart the traditional intellectual property protection models

Dans une usine d'aluminium, la matière en vrac la plus importante à manutentionner est l'alumine. Elle se présente sous la forme d'une poudre fine ayant une très forte abrasivité, une bonnecoulabilité et une excellente fluidisabilité. ALUMINIUM PECHINEY, groupe ALCAN, a développé et mis au point de nombreuses technologies de manutention de l'alumine reposant sur les techniques de fluidisation. Ces travaux de recherche et de développement ont conduit à la conception d'un nouveau système de transport horizontal par fluidisation et en phase hyper dense, breveté par la société. Ce système est caractérisé par une fluidisation de la charge à des vitesses de gaz faibles et une vitesse de l'écoulement des particules d'alumine qui demeure inférieure àn quelques cm/s. . .

Durant la dernière décennie, le développement de nouvelles nuances d'acier à très haute résistance a connu un essor, en particulier dans l’automobile. Les acteurs de ce secteur ont pour objectif de produire des véhicules plus légers, plus performants, plus économes en carburant et garantissant un plus haut niveau de sécurité pour les passagers. De nouvelles nuances ou de nouvelles structures sont apparues sur le marché : plus résistants avec un meilleur compromis résistance/ductilité. Cependant cette élévation des propriétés mécaniques se fait le plus souvent au détriment de l’usinabilité des aciers.Les résultats de travaux antérieurs ont motivé une étude poussée qui porte sur l’influence de la structure métallique sur l’usinabilité des aciers. Le travail compare le comportement d’un aciers bas-carbone obtenue par refroidissement contrôlé à celui d’une nuance conventionnelle à l’état trempé revenue et à l’état bainitique. Les conditions thermomécaniques rencontrées à l’interface outil/copeau lors de l’usinage sont caractérisées par mesure des efforts de coupe et investigation de la morphologie et de la microstructure des copeaux. La durée de vie des outils coupants est quantifiée et les différents modes d’usure sont caractérisés
During the past decade, the automotive industry is increasingly relying on new grades of high strength steels. Companies involved in this sector aim to produce lighter, more effective vehicles that are both fuel-efficient and guarantee a high level of safety for its passengers. New structures have emerged on the market presenting an opportune correlation between high mechanical resistance and ductility. However, this increase in mechanical properties is most often achieved at the expense of the machinability of steels in question.The results of previous works have motivated a detailed study that focuses on the influence of the metallic structure on the machinability of steels. The work compares the behavior of low-carbon steels obtained by controlled cooling with that of a conventional steel in both the quenched and tempered state and the bainitic state. The thermomechanical conditions at the tool / chip interface during cutting are identified by measuring the cutting forces and investigating the chips morphology and microstructure. The cutting-tool life expectancy is quantified and the different modes of insert wear are studied

Les aciers dits sans interstitiels (aciers « IF »), ont une excellente aptitude à la mise en forme. Cependant leur comportement en fatigue est mal connu. L’objet de ce travail est l'étude du développement de la plasticité et des mécanismes d'amorçage dans le domaine de la fatigue endurance et de la fatigue oligocyclique dans ces aciers dans la plage de température -80°C et +120°C. Les travaux expérimentaux ont été effectués sur deux aciers IF, l'un d'origine industrielle, l'autre issu de coulée synthétique et qui a servi de référence. Des alliages à base de fer ultra pur ont également été utilisés, pour préciser l'effet des éléments en solution solide. Nous avons mis en évidence, par des mesures de volume d'activation, que la température ambiante correspond à la température de transition de l'acier IF (entre comportement basse et haute température), a la vitesse de déformation plastique de 10 puissance-3 s puissance-1. Les essais de fatigue en traction/compression ont montre que la durée de vie de l'acier IF industriel augmente fortement avec la fréquence à température ambiante, pour une sollicitation en contrainte imposée. Une méthode originale consistant a mesurer l'échauffement de l'éprouvette au cours du cyclage a permis de détecter le début du développement de la plasticité et d'étudier sa variation avec la fréquence. Nous avons montré que la température de transition est dépendante des éléments en solution solide (interstitiels ou substitutionnels). Elle est plus basse pour l'IF que pour le fer ultra pur. L’influence du phosphore sur le comportement en fatigue des aciers if a également été étudiée. Ces observations nous ont amenés à proposer une loi de comportement cyclique fondée sur la théorie de l'activation thermique, et écrite à l'échelle des grains. Elle devrait permettre d'effectuer le calcul par éléments finis d'une configuration réelle de grains conduisant à l'amorçage d'une fissure en sollicitation cyclique.

Les nouvelles technologies mécatroniques permettent de réduire fortement la consommation d'énergie et les émissions des véhicules individuels, en introduisant des ruptures indispensables pour une chaîne de traction électrifiée complémentaire ou alternative aux moteurs thermiques. Les assemblages en électronique de puissance utilisés dans les systèmes alterno-démarreurs emploient des alliages de brasure dont il s'agit de trouver des substituants, sans plomb, en accord avec les normes internationales. Cette thèse contribue à la caractérisation métallurgique et mécanique de deux joints brasés sans plomb innovants riches en étain. Ces joints sont produits industriellement par un procédé de brasage laser qui leur confère une microstructure de solidification très hétérogène, peu reproductible, multiphasée et qui présente un grand nombre de défauts. L'objectif de cette thèse est d'apporter une meilleure compréhension à la tenue mécanique de ces joints brasés au cours du vieillissement thermomécanique des assemblages. Les sollicitations thermiques engendrent des contraintes et des déformations plastiques à cause de la dilatation différentielle qui existe entre les différentes couches des matériaux brasés. Des lois de comportement isotropes ont été identifiées à partir d'une base expérimentale d'essais de traction sur des matériaux massifs. Ces lois, utilisées dans des simulations aux éléments finis, ont permis d'évaluer l'effet négatif du défaut de porosité inhérent au procédé de brasage. Des essais de vieillissement couplés à des observations de l'évolution de la microstructure ont permis de montrer l'influence de l'orientation des grains d'étain sur l'amorçage de fissure. Nous n'avons pas pu proposer de volume élémentaire représentatif du fait de la complexité de la structure. Une méthode inverse a été mise en oeuvre en parallèle de la conception d'un banc d'essai de flexion in-situ sous profilomètre afin de placer les premières briques permettant la caractérisation mécanique de joints brasés industriels
The new mechatronic technologies can significantly reduce the energy consumption and gas emissions of personal cars, by introducing rupture innovations in electrified powertrains complementarily or alternatively to combustion engines. The power electronics assemblies used in starter-alternator systems use solder joints which need to be substituted with lead-free solder in agreements with international standards. This thesis contributes to the metallurgical and mechanical characterization of two tin-based lead-free solder joints. These joints are produced industrially with a Die Laser Soldering process which leads to heterogeneous solidification microstructures, poorly reproducible, multiphased, and with defects. The objective of this thesis is to provide a better understanding of the solder joints lifetime during thermomechanical aging. Thermal aging generates stresses and plastic deformation due to the mismatch in the coefficients of thermal expansion between the different layers of the assemblies. Isotropic constitutive laws were identified from an experimental database of tensile tests on bulk specimens. Those constitutive laws were used in finite element simulations in order to assess the negative effect of the solder joint porosity, inherent flaw traced back to the soldering process. Aging tests coupled with observations of the microstructure evolution have shown the influence of tin grains orientation on crack initiation. The heterogeneity of the microstructure prevents us from proposing a representative volume element of the materials. An inverse method has been implemented in parallel with the development of an in situ bending test bench under a profilometer in order to build the first steps for the mechanical characterization of industrial solder joints

Cette étude a permis la mise au point d'une démarche et d'un outil dédiés à la simulation numérique de la trempe superficielle après chauffage par induction appliquée aux vilebrequins. Ce travail a été réalisé dans le cadre d'un projet de recherche et développement du fabricant de vilebrequins Krupp Mavilor, avec pour objectif d'optimiser le traitement thermique vis à vis de la tenue en fatigue des pièces. Une part importante de l'étude a été consacrée à la modélisation du comportement métallurgique de l'acier dans le cas de cinétiques thermiques rapides. Après une étude pardilatométrie, les transformations de phase ont été modélisées en tenant compte de l'influence de l'homogénéité de l'austénite sur le comportement du matériau au moment de la trempe. Afin de tenir compte des particularités du traitement thermique appliqué aux vilebrequins, un code - métier s'appuyant sur trois logiciels de calcul par éléments fuùs - FLUX2D pour les parties électromagnétique et thermique, METAL7 pour la métallurgie et MSC MARC pour la mécanique - ainsi que sur des développements spécifiques, a été présenté. L'ensemble des phénomènes physiques ainsi que les principales interactions liées au procédé, ont été prises en compte. La description du comportement thermomécanique de l'acier a été simplifiée pour ne tenir compte que des phénomènes majeurs à l'origine de la genèse des contraintes résiduelles. Après validation de l'outil de simulation sur un cas test puis sur le procédé de trempe de référence, une première optimisation a été proposée. Un dispositif de trempe expérimental a été conçu de façon à valider l'ensemble des travaux dans des conditions contrôlées et reproductibles. Les résultats obtenus montrent une bonne corrélation d'un point de vue métallurgique entre simulation et expérimentation. La comparaison des résultats mécaniques montre des évolutions communes aux calculs et aux mesures, avec toutefois des niveaux de contraintes résiduelles sensiblement différents
This study allowed the design of a methodology and the development of a tool dedicated to the numerical simulation of induction superficial hardening applied to crankshafts. This work was realised in the frame of a research and development project of the crankshaft manufacturer Krupp Mavilor aiming at the optimisation of the heat treatment with regards to fatigue resistance of the parts. An important part of the study was in the modeling of the metallurgical behavior of steel during rapid thermal kinetics. After a dilatometric study, the different phase transformations were modeled accounting for the influence of the homogenization of the austenite on the materials behavior during quenching. In order to account for the specifics of the heat treatment of crankshafts, dedicated software relying on three finite element software - FLUX2D for electromagnetic and thermal phases, METAL7 for the metallurgy and MSC MARC for the mechanical phase - and on specific developments was presented. The complete physical phenomenon - electromagnetic, thermal, metallurgical and mechanical - along with the main interactions due to the process were accounted for. The thermo-mechanical behavior of the steel was simplified and accounts only for the main phenomenon leading to the residual stresses. After validation of the simulation tool on a test case and on the reference hardening process, a first optimization, based on energetic and metallurgical considerations, was proposed. An experimental hardening set-up was designed to validate the work with reproducible and controlled experimental conditions. The metallurgical results show a good agreement between numerical and experimental results. The numerical and experimental results show similar trends in the residual stresses even though the stress levels are different. This thesis is concluded by the interesting perspectives of use of the methodology and the dedicated software as an optimization tool

L'objectif de notre travail est d'analyser les mutations historiques de la culture d'entreprise en nous appuyant sur l'etude d'une entreprise particuliere (dont la derniere denomination est renault vehicules industriels-limoges) depuis les annees 50 jusqu'en 1993. Notre demarche consiste a montrer la culture d'entreprise comme le resultat d'un arrangement (ou d'une "configuration" au sens que norbert elias donne a ce terme) particulier et changeant entre la nature des productions et de la clientele de l'entreprise, la composition et l'histoire de sa main d'oeuvre, l'organisation interne du travail (particulierement les relations entre la maitrise et les operateurs ainsi que le degre plus ou moins fort d'autonomie qui en resulte pour ces derniers). Nous analysons l'entreprise comme un systeme d'echanges generalise portant sur des biens economiques tel que le salaire mais aussi sur des biens ou services plus sociaux ou symboliques : possibilites de carriere, ambiance, reconnaissance personnelle, prestige, etc. . . Ce systeme d'echanges se nourrit des apports d'individus et de groupes (par exemple la direction et les cadres, les agents de maitrise, les syndicalistes, etc. . . ) qui structurent l'ensemble social constitue par l'entreprise. Nous montrons que ce sont les individus ou les groupes qui apportent le plus dans l'echange qui se voient reconnaitre une sorte de leadership moral, que nous avons appele "hegemonie" en reference a gramsci. Ce sont ces individus ou ces groupes : les anciens et les agents de maitrise d'abord, puis, les syndicalistes et, enfin, la direction et les cadres, qui obtiennent, en contrepartie de leurs services, le droit d'elaborer les "regles du jeu" qui constituent la culture de l'entreprise
The objective of our work is to analyse the historical mutations of corporate culture by founding our opinion on the study of a particular corporation ( whose last denomination is renault vehicules industriels-limoges ) from the 50's up till 1993. Our approach consists in showing corporate culture as the result of a particular and changing arrangement ( or of a "configuration" according to the meaning norbert elias gives to this term ) according to the nature of productions and of the customers of the corporation, the composition and history of its labour force, the inner organization of labour ( particularly the relationships between the supervisory staff and operators as well as the varying degree of autonomy resulting from this for the latter ). We analyse the corporation as a generalized system of exchanges based upon economic goods such as wages but also upon more social or symbolical goods or services : career opportunities, work atmosphere, personnal recognition, prestige, etc. . . This system of exchanges feeds itself on individual or group contributions ( for example, directors, managers, foremen, trade-unionists ) that structure the social assembly constituted by the corporation. We show that it is the individuals or the groups who bring more into the exchange that get recognized as a kind of moral leadership that we have called "hegemony" in reference to gramsci. These individuals or groups : senior workers and foremen first, then, trade-unionists and, finally, directors and managers, obtain, as a set-off against their services, the right to draw up "the rules of the game" which constitute the corporate culture

L'élaboration de silicium de qualité solaire par une autre route que la voie chimique semble aujourd'hui prometteuse pour réduire les coûts et garantir l'approvisionnement en matériau de la filière photovoltaïque. Un plasma inductif (Ar+H2+O2) couplé à un brassage électromagnétique du silicium liquide permet d'extraire une impureté critique : le bore. La compréhension de la volatilisation du bore a été étudiée via des calculs thermodynamiques sous FACTSAGE ainsi que des analyses chimiques en ligne des gaz de sortie par ICP-OES. L'étude du procédé a été divisée en deux étapes. Le brassage électromagnétique a fait l'objet d'une étude numérique et expérimentale. La répartition des espèces réactives à la surface a été étudiée en remplaçant le silicium par du graphite afin d'obtenir une image spatiale de la répartition des espèces à la surface. L'optimisation du procédé a permis d'obtenir un silicium avec une teneur en bore acceptable. Les caractérisations chimiques et électriques du matériau purifié ont révélées une quantité trop élevée d'aluminium, d'oxygène et de phosphore. Toutefois le matériau produit est utilisable par l'industrie, le rendement cellule est supérieur à 14% sur la partie p du lingot
The feedstock shortening is a major challenge for the photovoltaic industry. Among the possible routes from metallurgical grade to solar grade silicon, the plasma refining to reduce the boron content, combined with segregations to remove the metallic pollutants seems very promising. The plasma process combines electromagnetic stirring of the molten silicon with the boron volatilization by the reactive species produced by the plasma. The boron volatilization has been studied via thermodynamic calculations thanks to the FactSage code, and the chemical on line analysis of the volatilised pollutants in the flue gases of the process by ICP-OES. The electromagnetic stirring has been the subject of a numeric and experimental study. The distribution of reactive species onto the surface has been investigated replacing liquid silicon with a graphite target. The optimized process permitted the production of silicon with reduced boron content. The chemical and electrical characterisations of the refined and crystallised material have showed too high concentrations of aluminium, oxygen and phosphorus. However the life time of minority carriers was comprised between 20 and 50 µs and cells with efficiency above 14% have been produced

Les aciers martensitiques à 9-12% Cr sont utilisés pour applications à haute température notamment comme composants dans des centrales thermiques de production de l'électricité. Ces composants sont soumis à des phénomènes de fluage, vieillissement thermique, fatigue, oxydation, corrosion. Cette étude vise une meilleure compréhension de l'évolution métallurgique à long terme des aciers martensitiques à 9-12% Cr, ainsi que de son influence sur la résistance en fluage à 600 et 650°C. Le matériau de l'étude est l'acier Grade 92. La littérature manque de données quantitatives sur la microstructure de l'acier Grade 92 après des temps prolongés d'exposition au fluage ou au vieillissement thermique (temps supérieurs à 10.000h) à 600°C et 650°C. Par conséquent, dans un premier temps une expertise d'éprouvettes de fluage testées à 600°C et 650°C pendant des temps allant jusqu'à 50.000h a été réalisée par microscopie électronique en transmission (MET) sur des répliques extractives, microscopie électronique à balayage (MEB) et par diffraction des électrons rétrodiffusés. Cette expertise a révélé une précipitation significative de phase de Laves, une restauration de la matrice et une très faible précipitation de la phase Z-modifiée. Une quantification de l'endommagement et des phases de Laves a été réalisée à partir des micrographies MEB. La précipitation significative des phases de Laves et la restauration de la matrice semblent être les mécanismes prédominants de l'évolution métallurgique à 600°C et 650°C de l'acier Grade 92. Afin d'étudier séparément l'influence de chacun de ces deux mécanismes sur la résistance au fluage, des essais de fluage ont été réalisés sur des éprouvettes pré-vieillies et sur des éprouvettes pré-fatiguées. Des éprouvettes entaillées ont été également utilisées.
L'intérêt des éprouvettes pré-vieillies est d'étudier l'influence de grosses phases de Laves sur la résistance au fluage. Le temps à rupture des éprouvettes pré-vieillies est quatre fois plus faible que celui des éprouvettes standard pour les mêmes niveaux de contraintes. Ceci n'est toutefois pas confirmé pour les contraintes les plus faibles.
Deux essais de fluage ont été réalisés sur des éprouvettes pré-fatiguées à 550°C pour étudier l'effet de l'état de la matrice sur la résistance au fluage. Un temps à rupture deux fois plus faible a été observé à 600°C sur une éprouvette pré-fatiguée comparée à une éprouvette standard pour le même niveau de contrainte. Cet effet n'a pas été observé à 650°C pour les contraintes faibles.
Des éprouvettes entaillées ont été également utilisées pour étudier l'influence du taux de triaxialité des contraintes sur le développement de l'endommagement par fluage. Pour des temps de fluage comparables, l'endommagement est plus développé dans une éprouvette entaillée que dans une éprouvette lisse.
Un modèle mécanique qui prend en compte l'évolution métallurgique de l'acier a été développé pour estimer la résistance au fluage " à long terme " de l'acier Grade 92 à 600°C et 650°C. Le modèle prend également en compte le taux de triaxialité des contraintes. A ce titre, il peut être utilisé pour estimer la durée de vie des composants en service ou pour analyser les composants avec une géométrie complexe qui serait plus sensible au développement de l'endommagement par fluage, du fait d'une triaxialité des contraintes plus élevée.

The aim of this study was to model the behaviour of superalloys for vanes in jet engines. The model was based on thermal fatigue (TF) and high temperature low cycle fatigue (HTLCF) experiments carried out on a cast cobalt superalloy MAR-M509. The temperature-stress-strain history of critical elements at the thin edge of wedge shaped TF specimens was computed. The influence of the specimen geometry and the maximum temperature of the thermal cycle were studied. The strain rates (frequency range from 10-3 to 20Hz), the tensile or the compressive hold times and the environmental effects were studied in HTLCF. Fatigue oxidation interaction was the basic mechanism of crack initiation and propagation for both types of loading. Crack initiation was seen to occur early in the life time in TF and HTLCF. The accumulated and the cyclic creep damage and the "strain range partitioning" models were applied to predict the TF and the HTLCF life times to initiation. Ail models were shown to predict HTLCF experimental data within a factor of about three. However, the accumulated and the cyclic creep damage models overestimated thermal fatigue life time in all cases. A model which describes the fatigue oxidation crack growth interaction was applied to TF and HTLCF data. This model gave a good prediction of HTLCF and especially TF life time. A new model of life prediction, which takes into account the fatigue oxidation interaction, is proposed. This model is based on the local stress rupture reduction by oxygen diffusion ahead of the crack and the load ratio (R=PminPmax) is considered. Local stresses ahead of the crack are estimated from Tracey's finite element analysis of the plane strain small scale yielding hypothesis which is adapted to the cyclic loading situation using Rice's hypothesis. A fairly good prediction of TF and HTLCF life time was obtained. This model predicts the crack propagation within a few millimeters and gives good prediction of the slowdown of the crack observed experimentally in thermal fatigue.

La formation de la phase métastable A1 dans les alliages Fe-Nd solidifiés de différentes façons est étudiée. Sa composition chimique estimée grâce à la microsonde électronique est très riche en fer (65 à 70% at. Fer). Son domaine d'existence, sa fraction volumique ainsi que sa cinétique de transformation en Nd2Fe1#7, sont fortement liés à la vitesse de solidification et à la composition de l'alliage. La substitution de l'Al au Fe dans la phase Nd5Fe1#7 se fait d'une manière indirecte à travers la réaction péritectoïde de la phase Nd2Fe1#7 (avec l'aluminium en substitution au fer). La phase nommée a#2 (Nd5Fe1#7 avec Al en substitution) est totalement différente de la phase (phase stable dans le ternaire Fe-Nd-Al). L'influence de la substitution de l'Al dans les phases A1 et Nd2Fe1#7 est également étudiée. Dans l'alliage ternaire Fe-Nd-Dy, la phase A1 est complètement supprimée. La phase Nd5Fe1#7 accepte du dysprosium en substitution au Nd mais en faible quantité, car au-delà d'un certain taux de Dy dans la phase, elle est déstabilisée au bénéfice de la phase de laves pseudo-binaire Fe2 (Nd, Gy) parfaitement stable

Cette étude porte sur l'estimation par méthode inverse d'un champ de conductance thermique de contact entre deux matériaux formant la paroi d'un réacteur métallurgique. Dans le cas du montage de réacteur métallurgique, il est essentiel de venir déterminer la conductance thermique de contact dans l'assemblage. Cela permet de venir identifier et corriger les défauts de contact avant la mise en fonctionnement du réacteur métallurgique.Cette étude utilise les méthodes inverses, particulièrement la méthode du gradient conjugué avec un problème adjoint, pour venir réaliser cette estimation. Dans cette étude, la méthode a été validée à l'aide de tests numériques représentant un diagnostic du contact thermique entre la paroi de carbone et la paroi d'acier du réacteur métallurgique avec différentes conductances thermiques de contact. Suite [i.e. à] cette validation, un test avec un bruit de mesure sur les températures de référence de la méthode inverse a été réalisé. Il a été démontré que, pour les tests réalisés sans bruit de mesure, l'erreur d'estimation générale est inférieure à 2%. Pour le test avec un bruit de mesure de «0, 025 K le défaut de contact a été localisé à la bonne position, en revanche l'erreur d'estimation est de 39%. Dans un second temps, des tests supplémentaires ont été réalisés pour observer l'évolution de l'erreur d'estimation en fonction de deux nombres sans dimension, le rapport de conductivité thermique et le nombre de Biot. Cela a permis de conclure qu'il faut avoir simultanément un rapport de conductivité thermique supérieur à 1 et un nombre de Biot supérieur à 0,05 pour obtenir une estimation précise dans les cas étudiés. La méthode permet de venir estimer la conductance thermique de contact, d'une manière novatrice et non intrusive, dans un mur de réacteur métallurgique.

L'élaboration de silicium de qualité solaire par une autre route que la voie chimique semble aujourd'hui prometteuse pour réduire les coûts et garantir l'approvisionnement en matériau de la filière photovoltaïque. Un plasma inductif (Ar+H2+O2) couplé à un brassage électromagnétique du silicium liquide permet d'extraire une impureté critique : le bore. La compréhension de la volatilisation du bore a été étudiée via des calculs thermodynamiques sous FACTSAGE ainsi que des analyses chimiques en ligne des gaz de sortie par ICP-OES. L'étude du procédé a été divisée en deux étapes. Le brassage électromagnétique a fait l'objet d'une étude numérique et expérimentale. La répartition des espèces réactives à la surface a été étudiée en remplaçant le silicium par du graphite afin d'obtenir une image spatiale de la répartition des espèces à la surface. L'optimisation du procédé a permis d'obtenir un silicium avec une teneur en bore acceptable. Les caractérisations chimiques et électriques du matériau purifié ont révélées une quantité trop élevée d'aluminium, d'oxygène et de phosphore. Toutefois le matériau produit est utilisable par l'industrie, le rendement cellule est supérieur à 14% sur la partie p du lingot.

Avec leurs caractéristiques de basse masse volumique, de bas point de fusion, d'excellente coulabilité et de bonne résistance à la corrosion, les alliages aluminium-silicium (Al-Si) sont intensivement utilisés dans les applications d'automobiles. Les pièces produites à partir de ces alliages s'étendent dans plusieurs utilisations, à savoir, des blocs de moteur, des culasses et des roues. Deux des alliages commerciaux les plus populaires utilisés dans de telles applications sont les alliages de type A3 5 6 et 319, appartenant respectivement aux systèmes Al-Si-Mg et Al-Si-Cu. La qualité et les propriétés des pièces coulées sont déterminées par la qualité de leur microstructure, commandée par de divers paramètres tels que l'espace interdendritique (DAS, contrôlé lui même par le taux de solidification), le degré de modification de silicium eutectique et le degré d'affinage de grain, et la quantité de microporosités, d'intermétalliques et d'inclusions observées dans la microstructure. Parmi ces derniers facteurs, le taux de solidification est le plus important, car il affecte directement ou indirectement presque tous les autres paramètres microstructuraux. La modification de la morphologie du silicium eutectique de la forme aciculaire à une forme fibreuse est habituellement effectuée par l'addition du strontium (Sr) pour améliorer la ductilité de l'alliage. Les intermétalliques qui sont présents généralement en ces alliages sont les intermétalliques du fer B-Al5FeSi et a-Al5(Fe, Mn)3Si2, plaquettes, Mg2Si et, dans le cas des alliages 319, les intermétalliques de cuivre, CuAl2. En raison de leur fragilité, les intermétalliques de fer dont la nature est sous forme de plaquettes peuvent être tout à fait délétères aux propriétés de l'alliage, de même la présence de la porosité, en particulier en termes de qualité extérieure et solidité. Le but du travail actuel est d'étudier les paramètres métallurgiques contrôlant l'évolution microstructurale dans les alliages de type Al-Si-Mg et Al-Si-Cu, à l'aide de la détermination des caractéristiques microstructurales des alliages de type A356 et 319 directionnellement solidifiés en fonction de la teneur du fer, de l'addition du Sr (250 ppm) et de taux de refroidissement. Les teneurs en fer choisies varient de 0.12 (% en poids) à 0.8 (% en poids), et couvrent la gamme des niveaux de Fe trouvée dans les alliages commerciaux. L'utilisation d'un moule d'extrémité froide a fourni différents taux de refroidissement le long de la taille de la même pièce coulée, les valeurs de DAS qui ont changé de ~ 23 à 85 um, correspondant aux niveaux de 5, 10, 30, 50 et 100 mm au-dessus de l'extrémité froide. Les effets de ces variables sur la précipitation de la phase de B-Al5FeSi, les caractéristiques de la structure dendritique a-Al, la modification du silicium eutectique et la formation de porosité ont été examinés en détail. Diverses techniques ont été employées pour la caractérisation microstructurale et l'identification des phases, y compris le microscope électronique optique et de balayage, la microsonde électronique a couplés avec des rayons X d'énergie dispersive (EDX), la spectroscopie de longueur d'onde (WDS), ainsi que l'analyse thermique. Un analyseur d'image a été utilisé en même temps que le microscope optique pour la quantification. Une analyse des résultats obtenus prouve que la quantité de fer présente dans l'alliage affecte la taille des plaquettes de B-Al5FeSi et de leur distribution, en particulier avec un faible taux de refroidissement. L'addition du strontium mène à la fragmentation de ces (3-plaquettes co-eutectiques ou post-eutectiques. Cet effet diminue avec l'augmentation de la concentration en fer, et davantage d'addition de strontium mène à la précipitation des particules de type Al2Si2Sr, au lieu de fragmenter les plaquettes de fer. On observe un minimum de porosité dans les alliages dont le pourcentage en poids de fer est de ~ 0.4 (cas de l'alliage 319) et de ~ 0.4 ou 0.6 (cas de l'alliage 356) dû aux améliorations de la fluidité d'alliage. Avec l'augmentation du contenu de fer au dessus de ces niveaux, la porosité est également augmentée, en raison de l'augmentation de la taille des plaquettes de fer et de l'obstacle accru dans le métal fondu. La porosité observée à n'importe quel niveau donné de fer est la résultante de la concurrence entre ces deux facteurs, c.-à-d., fluidité et taille de B-plaquettes, et dépend de la perméabilité des régions interdendritiques. Bien que les branches de la phase B-Al5FeSi mène à la formation de porosité, ces mêmes plaquettes, d'autre part, limitent également la croissance des pores. En général, le pourcentage de porosité, l'aire maximum et la longueur maximale de pore augmentent avec l'augmentation des longueurs moyennes des plaquettes du B-Al5FeSi dans les alliages 356 et 319. Dans les alliages modifiés par le strontium, la formation de porosité est fréquemment associée aux oxydes de strontium (des particules ou films), aussi bien qu'aux plaquettes de B-Al5FeSi. Ces oxydes (avec une composition stoechiométrique proche de Al2SrO3) sont formés pendant la coulée du métal liquide, et ce est dû à l'affinité élevée de l'oxygène du strontium, et sont difficiles à s'enlever par l'intermédiaire d'un dégazage. La morphologie du pore (ronde ou irrégulière) est déterminée par la forme de l'oxyde, à savoir, particules ou films épais très bien dispersés. Des pores ronds sont également observés entourés par des régions eutectiques d'Al-Si. Les films d'oxyde d'aluminium emprisonnés dans le métal fondu mènent à la formation des pores plus bruts et plus profonds que ceux formés d'oxydes de strontium. Ces pores peuvent également être liés l'un avec l'autre, et sont caractérisés par la présence du métal solidifié emprisonné dans les films d'oxyde d'aluminium, près de la périphérie. La forme de ces pores est commandée par la quantité de gaz emprisonné avec les pores pendant la solidification. Les oxydes d'aluminium et de strontium agissent également en tant que des emplacements ou sites favorables pour la précipitation d'autres microconstituants, comme par exemple, la phase de B-Al5FeSi. Pour des mêmes concentrations en fer et des conditions de taux de refroidissement, les alliages de type 319 montrent des pores de plus grandes tailles que ceux dans les alliages de types 356, et ce est dû à leur plus long temps de solidification. En ce qui concerne la dimension particulaire de silicium, le temps de solidification est aussi important que l'addition de strontium dans les alliages contenant un grand nombre d'éléments d'alliage (à savoir, 319 contre alliage 356). La modification de strontium s'avère plus efficace dans l'alliage 356 que dans l'alliage 319, en raison de la différence dans tout le temps de solidification. L'addition des éléments d'alliage tels que le magnésium et le cuivre aux alliages d'Al-7%Si, comme aussi l'addition du strontium, diminue la température de solidification silicium eutectique. Dans les alliages modifiés par le strontium, la phase dendritique primaire a-Al change de forme, à savoir, des rangées parallèles à une structure equiaxe, avec des longueurs de dendrites primaires plus courtes. Les longueurs des dendrites secondaires sont commandées par le rejet des atomes de corps dissous devant les dendrites croissantes pendant la solidification. Plus la teneur en éléments d'alliage est élevée (cas de l'alliage 319), plus la taille de cellules de dendrite est petite. Le fer Fe aide à modifier les particules eutectiques de silicium dans les alliages non modifiés, en particulier à bas taux de refroidissement. Plus le niveau de fer est élevé, plus les particules de silicium sont fines. Dans les alliages modifiés par le strontium, la présence du fer équilibre l'augmentation de la dimension particulaire de silicium avec l'augmentation de DAS, c.-à-d., diminution du taux de refroidissement, ayant pour résultat plus ou de moins de dimensions particulaires uniformes de silicium, indépendamment de la composition en alliage (c.-à-d., alliage 356 ou 319). Le silicium précipite sur les plaquettes de B-Al5FeSi, que ce soit l'alliage modifié ou pas, ou le niveau de fer soit bas ou élevé. Cependant, l'augmentation de la superficie des plaquettes de B-Al5FeSi fournit plus d'emplacements de nucléation pour les particules de silicium et, par conséquent, une amélioration dans leur dimension particulaire. La surmodification des particules de silicium a lieu quand les précipités excessifs de strontium sous forme d'Al2Si2Sr prennent naissance pendant des réactions co-eutectiques ou post-eutectiques. Ces particules d'Al2Si2Sr sont de forme polygonale et sont incohérentes avec la matrice. La phase d'Al2Si2Sr peut également être précipitée directement dans la fonte quand le niveau de strontium est suffisamment élevé, dans ce cas les particules prennent la forme de short, d'aiguilles fines ou de tiges. La précipitation d'Al2Si2Sr co-eutectique a comme conséquence l'absorption de tout le strontium des régions dans lesquelles cette phase se produit. Ces régions deviennent pauvres en strontium, et toutes les particules de silicium se trouvant dans les bords ou côtés demeurent ainsi non-modifiées. La présence des particules grossières de silicium est donc tin résultat de leur état non modifié, plutôt qu'en raison d'un retour de la morphologie fibreuse à la forme de plaquettes. Le mécanisme de l'effet du fer sur la modification du silicium eutectique dans les alliages traités par le strontium peut être proposé comme suit. Dans les conditions de sous modification, les plaquettes de B-Al5FeSi se précipitent dans un bain de liquide Al-Si-Sr, où le strontium adhère à la surface des plaquettes. Les particules de silicium nucléés sur les plaquettes de P-A^FeSi sont ainsi très fines (1-2 um). Cependant, ailleurs dans la matrice, les particules de silicium demeurent non modifiées (longueur moyenne ~ 9-12 um). Dans les conditions de bonne modification, les particules d'Al2Si2Sr sont non modifiées, et ce est dû à l'épuisement du strontium dans ces secteurs, tandis que celles ailleurs dans la matrice sont bien modifiées. En conclusion, la présente étude a essayé de présenter une compréhension détaillée des processus et des phénomènes réels impliqués dans l'évolution de la microstructure des deux alliages populaires en l'industrie de l'automobile, tenant compte de la gamme des niveaux de fer généralement obtenu dans les alliages commerciaux, et des interactions qui résultent quand de tels alliages sont soumis aux procédures normales de traitement et de solidification du métal liquide suivies dans la production des pièces coulées. On s'attend à ce qu'une telle compréhension fournisse les moyens d'améliorer la commande la microstructure et, par conséquent, la qualité de produits finis obtenus.

Les alliages d'aluminium-silicium sont de plus en plus utilisés de nos jours dans le domaine automobile. Ils permettent d'alléger le poids des automobiles et diminuer ainsi la consommation d'essence. Nous avons étudié, dans ce projet, trois alliages d'aluminium soit sont le 319, le 356 et le 413. Nous avons fait varier différents paramètres métallurgiques pour chaque alliage. Les paramètres variés sont le dégazage, l'ajout de strontium, l'ajout de T1B2 et la quantité d'hydrogène. Ainsi, 9 conditions ont été créées pour chaque alliage. En plus de varier les paramètres métallurgiques, nous avons également effectué des traitements thermiques sur les alliages. Les échantillons ont tous subi une mise en solution de huit heures à 495°C pour les alliages 319 et 413 et à 540°C pour l'alliage 356. Par la suite, une trempe a été effectuée dans un bac rempli d'eau chaude (60°C). Finalement, on a effectué le vieillissent d'une durée de cinq heures à 155°C, 180°C, 200°C, 220°C et 240°C. Nous avons également gardé des échantillons dits « tel que coulée » qui n'ont pas subi de traitements thermiques. Différents examens ont été faits sur les échantillons pour mesurer leur microstructure et leur macrostructure mais également les propriétés mécaniques. La grosseur des grains, l'espace interdendritique et la morphologie des particules de silicium et des pores ont été mesurés pour évaluer la microstructure et la macrostructure des alliages. Pour les propriétés mécaniques, la dureté et la résistance à l'impact ont été mesurées. Des images ont également été prises pour évaluer le mode de propagation de la fissure (fractographie) pour les échantillons soumis au test de résistance à l'impact. Nous avons pu identifier un nouveau phénomène agissant sur la morphologie des particules de silicium lors de la mise en solution. En temps normal, les particules de silicium aciculaire se fragmentent lors de la mise en solution ce qui diminue la surface totale des particules de silicium. Dans notre cas, il y a bel et bien une fragmentation mais il y a aussi une dissolution des petites particules de silicium qui diffusent vers les particules aciculaires de silicium plus grandes. Comme la cinétique de dissolution/diffusion des particules silicium est supérieure à celle de la fragmentation, il y a une augmentation de la surface moyenne (observé pour 14 échantillons sur 18). Les essais de résistance à l'impact ont permis de trouver que les pores présents dans les échantillons jusqu'à un pourcentage surfacique de 2,59% n'influencent pas la valeur de l'énergie absorbée.

Aluminum production using the Hall-Héroult process requires an intensive electric current. With an increasing demand for aluminum due to the growth in use of raw materials such as aluminum, and economic developments, aluminum producers are striving to reduce their production costs to remain competitive in a difficult market. One way of doing this is to reduce the voltage drop in the Hall-Héroult cells, which yields a remarkable amount of savings in the long term from only a slight optimization. For this reason, a thorough understanding of the phenomena taking place during operation is necessary. In this research work, anode assembly as one of the major components of the Hall- Héroult cell was modeled using APDL (ANSYS® Parametric Design Language). The newly presented features of the full anode assembly model, which make it a robust one in terms of geometrical modeling, were introduced in detail. A submodel was extracted from the fall model to carry out primary numerical simulations to investigate the Thermo- Electro-Mechanical (TEM) phenomena taking place in the stub hole region to where up to 25% of the total voltage drop in the anode assembly, caused by contact resistance at the interfaces, is attributed. Special attention was paid to the good prediction of contact conditions at the cast iron to carbon interface. In comparison to previous research work, a more thorough and precise approach was taken to employ equations used to predict the initial air gap at the cast iron to carbon interface, which has an influential role in controlling contact particularly at lower temperatures (400°-600°). In order to calibrate the model, experimental tests, performed by the Arvida Research and Development Centre (ARDC) at Rio Tinto Alcan (RTA), were utilized. FESh++ was used to calibrate the fally coupled TEM model using the results obtained by RTA; subsequently, sensitivity analysis (SA) was performed to investigate the influences of changes in material properties and cast iron/carbon interface characteristics. Also, one study on the geometrical sensitivity, namely, SA on the change in the diameter of the stub, was fulfilled. After detailed discussions using the various simulation results as well as statistical data obtained from the newly implemented feature in FESh++, conclusions were drawn as to the importance of precise prediction of the initial air gap, contact establishment and condition at the interface, essentiality of the carbon constitutive law, significance of phase change of cast iron, temperature dependency of some materials and anisotropy of electrical resistance of carbon, etc. Finally, suggestions were proposed for future research work and developments such as: considering a better constitutive law for carbon, taking account of creep in cast iron, evaluation of the initial air gap distribution through simulation of cast iron solidification, etc. - La production de l'aluminium primaire via le procédé hall-Héroult nécessite l'utilisation d'un courant de très forte intensité. Conséquent d'une demande croissante de l'aluminium et du coût élevé des matières premières nécessaires à la production du métal gris, il devient prioritaire pour les producteurs d'aluminium d'assurer un meilleur contrôle du procédé et ce, afin de réduire les coûts de production et ainsi, demeurer compétitif à l'échelle mondiale. Une façon d'atteindre cet objectif consiste à identifier les zones les plus résistives électriquement dans la cellule d'électrolyse et de réduire, lorsque possible, ces résistances, afin de minimiser sa consommation énergétique. Dans cette optique, une compréhension approfondie des phénomènes qui prennent place pendant l'opération ainsi que leurs interactions demeurent de toute première importance est essentiel. Dans le cadre de ce travail, on s'attarde plus précisément à l'étude des chutes de voltage dans les assembles anodiques, constituante hautement résistive de la cellule d'électrolyse. L'assemblage anodique est modélisé sous ANSYS à l'aide du langage APDL® (ANSYS Parametric Design Language), un langage de programmation utilisé dans le logiciel de simulation ANSYS. Ce langage est également utilisable dans le volet Mechanical du logiciel ANSYS Workbench. Totalement paramétré, le modèle géométrique peut être transformé afin de peraiettre l'étude spécifique de diverses composantes selon certaines hypothèses simplificatrices. En particulier, un sous-modèle a été extrait du modèle afin de réaliser des simulations numériques dans la zone du tourillon et ce, afin d'étudier les phénomènes Thermo-électro-mécaniques (TEM) prenant place dans cette zone critique de l'assemblage où près de 25% de la chute de voltage anodique se produit; chute de voltage attribuable à la résistance de contact électrique à l'interface fonte/carbone. Une attention particulière a été portée sur la bonne représentation des conditions de contact TEM à cette interface. En particulier, une extension de la méthode simplifiée proposée par Richard a été utilisée afin de quantifier l'espace d'air initial à l'interface fonte/carbone; élément crucial dans le comportement de l'assemblage anodique et qui a un rôle déterminant dans l'évolution des conditions de contact, particulièrement à basses températures (400°C - 600°C). L'ensemble des simulations numériques a été réalisé à l'aide d'une application spécifique développée dans l'environnement FESh++ via une approche fortement couplée des champs de voltage, température et déplacement en régime établi. La calibration du modèle a été réalisée à l'aide de résultats issus d'essais expérimentaux réalisés au Centre de Recherche et de Développement Arvida (CRDA) de Rio Tinto Alcan (RTA). Par la suite, une étude de sensibilité a été conduite afin d'étudier l'impact de certaines modifications matérielles et/ou géométriques sur le comportement de l'assemblage anodique. Plus spécifiquement il apparait clairement que les congés du tourillon, la température nominale du rondin au moment du scellement ainsi que le changement de phase de l'acier et de la fonte ont un impact majeur sur la chute de voltage. Finalement, les recommandations proposées permettront d'améliorer la performance des assemblages anodiques et d'orienter les travaux futurs dans ce domaine de recherche. On pense ici à l'utilisation d'une loi de comportement représentative pour le carbone (comportement quasi-fragile), à la prise en compte du comportement en fluage de l'acier du rondin et de la fonte de scellement ainsi qu'à la prédiction par simulation numérique de l'étape de scellement afin d'obtenir une représentation plus précise de l'espace d'air à l'interface fonte/carbone.

Au cours des dernières années, les composites à matrice métallique (CMM) du type Al-B4C ont reçu une attention considérable en raison de leur légèreté, de leur conductivité thermique supérieure, de leur grande rigidité et de leur dureté. Grâce à la capacité particulière de l'isotope B10 à agir comme capteurs des neutrons, les composites Al-B4C ont été utilisés par l'industrie nucléaire à titre de matériaux absorbeurs de neutrons pour la fabrication de la section interne de contenants de transport et de stockage des combustibles nucléaires périmés. Bien que l'incorporation de particules céramiques dans la matrice d'aluminium permet d'améliorer les propriétés physiques et mécaniques de l'alliage de base, elle peut également modifier son comportement en corrosion. En outre, en tant que matériau absorbeur de neutrons utilisé dans les contenants de transport et de stockage pour les combustibles nucléaires usés, en particulier pour les applications de stockage humide, les composites Al-B4C sont continuellement en contact avec l'eau du bassin du réacteur (l'un d'eux contenant de l'acide borique avec une concentration de B - 2500 ppm), un milieu généralement considéré comme étant légèrement corrosif. Ainsi, pour des raisons de sécurité évidentes, il devient très important de comprendre leur comportement en corrosion dans un milieu d'acide borique. Cependant, à ce jour, force est de constater que très peu d'études ont été consacrées à la détermination de la tenue en corrosion des composites Al-B4C, et ce en particulier dans l'acide borique, contrairement au nombre considérable de travaux de recherche dédiés à la corrosion des composites Al-SiC et Al-Al2O3 dans divers environnements. Parmi la littérature traitant des phénomènes de corrosion, les solutions 3.5% NaCl et 0.5 M K2SO4 sont celles les plus couramment utilisées pour l'étude du comportement en corrosion des matériaux composites à matrice métallique. Par conséquent, la présente recherche a visé l'étude du comportement en corrosion des composites CMM du type Al-B4C dans trois solutions, soit H3BO3 contenant 2500 ppm B, 3.5% NaCl et 0.5 M K2SO4. Parmi les solutions considérées, celle de NaCl a été identifiée comme étant celle induisant le plus de dommages au composite Al-B4C suivie, dans l'ordre, des solutions de K2SO4 et de H3BO3. Aucune corrosion appréciable n'a été observée dans les solutions d'acide borique et de K2SO4. Cependant, des piqûres apparentes ont été observées suite aux essais réalisés dans la solution de NaCl, et ce pour tous les matériaux étudiés. Pour l'alliage de base, le site préférentiel de piqûration était l'interface Al/Fe générée par la présence de particules intermétalliques. Pour le composite, l'interface AI/B4C était celle la plus favorable au développement de la corrosion localisée. Par ailleurs, il a été constaté que la résistance à la corrosion des matériaux composites diminue lorsque la fraction volumique de B4C est augmentée. Dans le but de contrer l'agressivité des phénomènes de corrosion observés pour le CMM dans la solution de NaCl, une partie des travaux réalisés s'est intéressée à l'inhibition de la corrosion du composite dans cet environnement. À cette fin, le benzotriazole (BTAH) a été utilisé comme inhibiteur de corrosion, et son effet a été systématiquement étudié en fonction de sa concentration, de la fraction volumique des particules de B4C et du temps d'inhibition, en utilisant la polarisation potentiodynamique, l'impédance électrochimique et la spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption. Les résultats montrent que le BTAH est un inhibiteur efficace pour contrer la corrosion du composite Al-B4C dans une solution de 3,5 g/L NaCl, et son efficacité s'accroît lorsque sa concentration augmente. Pour une concentration de BTAH fixe et pour une même durée d'inhibition, l'augmentation de la fraction volumique de B4C dans le composite conduit à une plus grande efficacité d'inhibition du BTAH. L'efficacité du processus d'inhibition par le benzotriazole est également influencée par la durée d'immersion dans la solution: l'efficacité d'inhibition augmente durant les 18 premières heures d'immersion, alors qu'une prolongation de la durée d'immersion entraîne une diminution de l'efficacité du BTAH. Puisque le BTAH est un inhibiteur à caractère cathodique, il agit en s'adsorbant physiquement sur les particules de B4C à la surface du composite, lequel processus obéit à un isotherme d'adsorption de Freundlich. Le mécanisme de corrosion dans la solution de K2SO4 a également été étudié en utilisant la spectroscopie d'impédance électrochimique et les méthodes de polarisation potentiodynamique. La microscopie optique, la microscopie électronique à balayage, ainsi que la profilométrie ont été utilisées pour étudier la morphologie de la surface des matériaux avant et après corrosion. De plus, la spectroscopie infrarouge de réflexionabsorption et la spectroscopie de photoélectrons X ont été utilisées pour identifier les produits de corrosion. Tel que révélé par les analyses de surface, l'espèce SO42- n'a pas induit de piqûres à la surface du composite. Puisque les particules de B4C ont un caractère cathodique par rapport à la matrice périphérique d'aluminium, la corrosion galvanique entre les particules de B4C et la matrice Al a été considérée comme étant le principal mécanisme de corrosion. Les spectroscopies IRRAS et XPS ont montré que la bayerite (Al(OH)3) est le principal produit de corrosion généré durant une immersion prolongée dans la solution de K2SO4. À titre de matériaux non structuraux utilisés pour la fabrication de contenants de transport et de stockage pour les combustibles nucléaires usés, les composites AA1IOO-B4C sont souvent assemblés à des matériaux structuraux tels que l'alliage d'aluminium AA6061 ou l'acier inoxydable 304 (SS304). Par conséquent, les composites AA1100-B4C deviennent couplés galvaniquement aux alliages AA6061 ou SS304, ce qui peut avoir comme effet d'accélérer la corrosion du matériau le moins noble du couple. Pour cette raison, les phénomènes de corrosion galvanique associés aux couples AA1100-B4C/AA6O6I et AA1100-B4C/SS304 dans les solutions 3.5% NaCl et H3BO3 contenant 2500 ppm de bore, ont été étudiés en utilisant un ampèremètre de résistance nulle (ZRA). Les effets dus à la dissimilarité des matériaux, à la solution d'immersion, et au rapport des aires des surfaces couplées galvaniquement ont été investigués. Dans la solution de NaCl, il a été déterminé que peu importe la nature du matériau structural couplé avec le CMM (SS304 ou AA6061), l'alliage de base (AA1100) ou les composites agissent toujours comme anode et les courants galvaniques mesurés sont directement proportionnels à la surface de la cathode. En revanche, dans la solution de H3BO3, les composites corrodent de façon préférentielle en présence de SS304, tandis que le AA6061 protège les composites de la dissolution. Bien que la corrosion galvanique soit contrôlée par la diffusion de l'oxygène à la cathode dans les solutions de NaCl et de H3BO3, son intensité est de loin inférieure dans la solution de H3BO3, en comparaison avec la solution de NaCl. Le contenu en B4C du composite joue également un rôle clé dans la corrosion galvanique, son influence étant modulée par la composition de la solution et les matériaux avec lesquels le composite est couplé. Toutes les expériences ont été réalisées à température ambiante. Cependant, les composites Al-B4C sont immergés dans l'acide borique à une température élevée en situation réelle. Alors, l'auteur propose d'étudier le comportement à la corrosion des composites Al-B4C dans l'acide borique à une température élevée et d'enquêter sur la corrosion galvanique associés aux couples composites Al-B4C / SS304 et composites Al-B4C / AA6061 dans l'acide borique à une température élevée. - In recent years, Al-B4C metal matrix composites (MMCs) have received considerable attention due to their light weight, superior thermal conductivity, high stiffness and their hardness. Owing to the special capturing neutron ability of isotope B10, Al-B4C MMCs have been increasingly used as excellent neutron absorber materials to fabricate the inside basket of transport and storage casks for spent nuclear fuels in the nuclear industry. Although the incorporation of the ceramic particles into the Al matrix can enhance the physical and mechanical properties of the base material, it may also change its corrosion behavior. Besides, as neutron absorber material used in the spent fuels storage racks or transportation casks, especially in the wet storage application, Al-B4C MMCs are continuously in contact with the reactor pool water (i.e. one of them is the boric acid with B concentration of -2500 ppm), which is generally considered to be mildly corrosive. Thus, from the safety point of view, it is of paramount importance to understand their corrosion behavior in boric acid solution. However, up to date, very limited studies have been devoted to the corrosion behavior of the Al-B4C MMCs, especially in boric acid, in contrast to considerable research in the corrosion behavior of Al-SiC and AI-AI2O3 composites in various environments. Among literature on corrosion, 3.5% NaCl and 0.5 M K2SO4 are the most commonly used solutions in studying the corrosion behavior of the composites. Therefore, the present research aimed at investigating the corrosion behavior of Al-B4C MMCs in three solutions, i.e. 2500 ppm boron-containing H3BO3 solution, 3.5% NaCl and 0.5 M K2SO4. Al-B4C MMCs corroded most in the NaCl solution followed by K2SO4 and H3BO3 in order. No appreciable corrosion was observed in boric acid and sulfate solutions, while apparent pitting was observed in the NaCl solution for all materials studied. The preferential pitting sites were the Al/Fe intermetallics interfaces for the base alloy and the A1/B4C interfaces for the composites. Besides, it is observed that the corrosion resistance of the composites decreases with increase in B4C volume fraction. The corrosion inhibition of Al-B4C MMCs in the NaCl solution was consequently investigated. Benzotriazole (BTAH) was tentatively used as a corrosion inhibitor for Al- B4C composites in the NaCl solution and its corrosion inhibition effect was systematically investigated as function of its concentration, volume fraction of B4C particles and inhibition time by using potentiodynamic polarization, electrochemical impedance and infrared reflection adsorption spectroscopy techniques. Results show that BTAH is an efficient corrosion inhibitor for the Al-B4C MMCs in a 3.5 g/L NaCl solution, and its inhibition efficiency increased when increasing the BTAH concentration. For the same BTAH concentration and immersion time, higher B4C volume fraction leads to higher corrosion inhibition efficiency. The inhibition efficiency of benzotriazole was also influenced by the inhibition time: The inhibition efficiency increases with the immersion time in the first 18 hours. However, prolonging the immersion time leads to a decrease in the inhibition efficiency. As BTAH was an inhibitor with a cathodic character, it inhibited corrosion by physically adsorbing on B4C particles at the composite surface, which obeyed the Freundlich adsorption isotherm. The corrosion mechanism in K2SO4 solution was also studied by employing electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic polarization methods. Optical and scanning electron microscopes as well as profilometry were employed to study the surface morphology of the material before and after corrosion. Moreover, infrared reflection-absorption spectroscopy (IRRAS) and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to identify the corrosion products. SO42- species did not induce pitting of the AA1100-16 vol. % B4C. Since B4C particles showed a cathodic character with respect to the peripheral matrix, therefore, the galvanic corrosion between B4C particles and the Al matrix was considered to be the premier corrosion mechanism. IRRAS and XPS results showed that bayerite A1(OH)3 was the principal corrosion product. As non-structural neutron absorber materials used to fabricate the inside basket of spent fuel storage racks or transportation casks, AA1100-B4C MMCs are often assembled to structural materials AA6061 or SS304. Consequently, the AA1100-B4C MMCs are galvanically coupled to AA6061 or SS304, which could potentially accelerate the corrosion of the less noble material. Therefore, the galvanic corrosion associated with AA1100-B4C MMCs/AA6061 and AA1100-B4C MMCs/SS304 couples in 3.5% NaCl and 2500 ppm boron-containing H3BO3 solutions was investigated by using a zero resistance ammeter (ZRA). The effects of dissimilar materials, immersion solution, and ratio of the coupled material areas are reported. In the NaCl solution, depending on the nature of the coupling agent (SS304 or AA6061), the composite or base alloy always acts as an anode and the measured galvanic currents are directly proportional to the cathode area. In contrast, in the H3BO3 solution, the composites preferentially dissolve in the presence of SS304, while AA6061 protects the metal matrix composites from dissolution. Although galvanic corrosion is controlled by oxygen diffusion at the cathode in both NaCl and H3BO3 solutions, its intensity is appreciably lower in the H3BO3 solution in comparison with the NaCl solution. The B4C content is also found to play a key role in galvanic corrosion; its influence is modulated by the solution composition and the materials to which the composite is galvanically coupled. Above all experiments were carried out in room temperature. However, Al-B4C composites are immersed in boric acid at elevated temperature in the real situation. In the future work, the author suggests to studying the corrosion behavior of Al-B4C composites in boric acid at elevated temperature and investigating the galvanic corrosion associated with Al-B4C MMCs/SS304 and Al-B4C MMCs/AA6061 couples in boric acid at elevated temperature.

L'aluminium est produit via Pélectrolyse et les anodes utilisées dans ce procédé sont fabriquées du carbone. La basse consommation du carbone (anode) est importante pour l'industrie de l'aluminium parce qu'elle affecte directement le coût de production aussi bien que les émissions environnementales. La consommation des anodes est fortement influencée par ses propriétés. Dans l'électrolyse d'aluminium, l'étude de la fabrication des anodes et l'amélioration de la technique de sa production permettront l'économie en énergie et la réduction des émissions gazeuses pour l'industrie d'aluminium. Les réactivités à CO2 et à l'air et la perméabilité à l'air sont des indices importants pour l'évaluation des anodes en carbone parce que non seulement elles sont liées à la densité de ces dernières mais aussi à leur consommation, et cela permettra la détermination des potentiels pour l'économie en énergie et la réduction des émissions de CO2 et de gaz nocifs durant la production des anodes en carbone. L'objectif global du projet est d'améliorer la qualité des anodes présentement utilisées. Premièrement, une enquête du procédé à l'usine à été effectuée pour identifier les parties problématiques. Des petits échantillons des anodes ont été préparés à partir des matières premières disponibles à la province de Guizhou de la Chine. Des différentes formulations des anodes ont été essayées. Parmi toutes les formulations, la meilleure a été choisie en comparant leurs propriétés (la perméabilité à l'air, les réactivités à l'air et à CO2). Les microstructures des cokes et des anodes et le comportement de la pénétration du brai ont été analysés avec MEB. Les échantillons, préparés suivant des formulations pré11 déterminées, ont été cuits dans un analyseur thermogravimétrique (TGA). L'analyse des volatiles a aussi été effectuée en utilisant un cromotographe à gaz (GC) couplé avec le TGA. A partir de ces données, les paramètres du model cinétique de la dévolatilisation, développé antérieurement à l'UQAC, ont été déterminés. Les propriétés des anodes (les réactivités à CO2 et à l'air et la perméabilité à l'air) cuites dans TGA aussi bien que celles cuites à l'usine ont été mesurées. La qualité des anodes a été corrélée avec les propriétés des matières premières et les conditions de la préparation de la pâte et de la cuisson des anodes. - Aluminum is produced by electrolysis, and the anodes used for this process are made of carbon. Low carbon (anode) consumption is important for the aluminum industry because it directly affects the cost of production as well as environmental emissions. The anode consumption is strongly influenced by the properties of anode. In aluminum electrolysis, the study of carbon anode manufacturing and the improvement of its production techniques lead to savings in energy and reduction in gaseous emissions for the aluminum company. The CO2 and air reactivities and air permeability are important indices to evaluate carbon anodes because they relate not only to anode density but also to anode consumption, which will help assess the potential for saving energy and reducing CO2 and hazardous gas emissions of the carbon anode production process. The global objective of the project is to improve the quality of the presently used carbon anodes. First a plant process review was conducted to identify the problem areas. Small anode samples were prepared from the raw materials available in the Guizhou province of China. Different anode formulations were tried. The best one among them was chosen based on the anode properties (air permeability, air and CO2 reactivities) obtained. The microstructures of cokes and anodes and the pitch penetration behavior were analyzed using SEM. The anode samples prepared with pre-determined formulation were baked in a thermogravimetric analyzer (TGA). The volatile analysis was carried out using a gas chromatograph (GC) coupled with the TGA. From these data, the parameters of the kinetic model of the devolatilization developed previously at UQAC were determined. The properties of anodes (CO2 reactivity, air reactivity, and air permeability) baked in the TGA were also measured. Anode quality (properties) was correlated with the properties of raw materials as well as paste preparation and anode baking conditions.

Over the last three decades the semi-solid metal (SSM) processing has received significant attention. Semi-solid processing involves the net shape manufacturing of alloys in the semi-solid state. The principal attraction for the process has been the unique rheology of the slurry which induces better movement of materials through the die and allows intricate thin-wall near net shape components to be cast at lower applied pressures. This behaviour offers considerable advantages to the quality of castings. The reduced oxide entrapment, low porosity and a lower operating temperature make semi-solid processing ideal for the forming of high integrity parts. The aim of the current study was to investigate the rheological behavior and microstructural evolution of hypereutectic Al-Si-Cu and Al-Si-Mg-Cu alloys using conventional and modified SEED process (Swirled Enthalpy Equilibration Device). This project is divided into four parts. In the first part, the feasibility of semi-solid processing of hypereutectic Al-Si-Cu A390 alloys using a novel rheoforming process was investigated. A combination of the SEED process, isothermal holding using insulation and addition of solid alloy during swirling was introduced as a novel method to improve the processability of semi-solid A390 slurries. The effects of isothermal holding and the addition of solid alloy on the temperature gradient between the centre and the wall and on the formation of a-Al particles were examined. In addition, phosphorus and strontium were added to the molten metal to refine the primary and eutectic silicon structure to facilitate semi-solid processing. It was found that the combination of the SEED process with two additional processing steps can produce semisolid 390 alloys that can be rheoformed. The microstructure reveals an adequate amount of non-dendritic a-Al globules surrounded by liquid, which greatly improves the processability of semi-solid A390 slurries. In the second part, the effects of Mg additions ranging from 6 to 15% on the solidification behaviour of hypereutectic Al-15Si-xMg-4Cu alloys was investigated using thermodynamic calculations, thermal analysis and extensive microstructural examination. The Mg level strongly influenced the microstructural evolution of the primary Mg2Si phase as well as the solidification behaviour. Thermodynamic predictions using ThermoCalc software reported the occurrence of six reactions, comprising the formation of primary Mg2Si, two pre-eutectic binary reactions, forming either Mg2Si + Si or Mg2Si + a-Al phases, the main ternary eutectic reaction forming Mg2Si + Si + a-Al, and two post-eutectic reactions resulting in the precipitation of the Q-Al5Mg8Cu2Si6 and O-Al2Cu phases, respectively. Microstructures of the four alloys studied confirmed the presence of these phases, in addition to that of the 7i-AlgMg3FeSi6 phase. The presence of the pi-phase was also confirmed by thermal analysis. The morphology of the primary Mg2Si phase changed from an octahedral to a dendrite form at 12.52% Mg. Further Mg addition only coarsened the dendrites. Image analysis measurements revealed a close correlation between measured and calculated phase fractions of the primary Mg2Si and Si phases. ThermoCalc and Scheil calculations show good agreement with the experimental results obtained from microstructural and thermal analyses. In the third part, the effects of P and Sr on the microstructure of hypereutectic Al-15Si-14Mg-4Cu alloy were studied. The microstructural examination and phase identification were carried out using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The effects of individual and combined additions of P and Sr on the eutectic arrest in Al-15Si-14Mg-4Cu alloy were examined using thermal analysis. The mean size of primary Mg2Si decreases from about 350 um to less than 60 um and the morphology changes from coarse dendritic type or equiaxed to polygonal type. In addition, the morphology of the eutectic Mg2Si phase changes from coarse Chinese script to fine fiber-like, while that of the eutectic Si phase changes from coarse acicular shape to a fine fibrous form. With Sr addition, the morphology of the pi-Fe phase evolved from Chinese script to a fine twin platelet form. Furthermore, the thermal analysis results reveal that the addition of Sr or Sr and P reduces the temperature of eutectic nucleation and growth. Quantitative measurements revealed a reduction in the particle area and an increase of the density of Mg2Si, Si and pi-Fe phases. The Sr or Sr + P combined additions are effective in modifying the eutectic Si, Mg2Si and pi-Fe phases for the Al-15 Si-14Mg-4Cu alloy. Finally, the rheological behaviour and microstructure of semi-solid hypereutectic A390, P-refined A390, Al-15Si-10.5Mg-4Cu and Al-15Si-13.5Mg-4Cu alloys were investigated by using parallel plate viscometry. The flow deformation of these alloys in the semi-solid state was characterized at different deformation rates and at variable solid fractions. The calculated viscosity for variable shear rate was deduced using the analytical method developed by Laxmanan and Flemings. Microstructures of the four alloys, after partial solidification, were examined in order to characterize the flow behaviour during deformation. An image analysis was used for quantification of particle segregation and effective volume fraction. The apparent viscosity of all studied alloys increased with increasing solid volume fraction, and decreased with increasing shear rate. The comparison of the apparent viscosity of the four alloys indicated that the higher the Mg in the alloy, the higher the apparent viscosity was for the range of shear rates and solid fractions investigated. It is also shown that the refined A390 alloy has the lowest apparent viscosity due to the small size of primary Si particles. In addition, a separation of liquid and solid phase was also observed for all alloys in the microstructure study of deformed semi-solid billets. - Au cours des trois derrières décennies, la mise en forme à l'état semi-solide a suscité beaucoup d'attention. Cette méthode consiste à fabriquer des pièces mécaniques finies à l'état semi solide. L'attraction principale de cette technique réside essentiellement dans son unique propriété rhéologique qui confère un meilleur écoulement à la gelée à travers la filière du moule et permet par la suite l'optimisation de la pression nécessaire pour un remplissage adéquat. L'objectif principal de ce travail est l'élude du comportement rhéologique ainsi que l'évolution microstructurale des alliages hypereutectiques Al-Si-Mg-Cu en utilisant deux méthodes différentes, le procédé SEED conventionnel et modifié. Ce travail de recherche est divisé en quatre parties. La première partie est consacrée à l'étude de la faisabilité de la mise en forme à l'état semi-solide d'alliage hypereutectique Al-Si-Cu 390 en utilisant un nouveau procédé de rhéoformage. En effet, la combinaison du procédé SEED conventionnel, un maintien isotherme avec isolation du moule et l'ajout de petits morceaux d'alliages pendant le brassage a été introduit comme une nouvelle méthode capable de produire une gelée. Par la suite, l'effet induit par le maintien isotherme et l'ajout de morceaux d'alliages sur le gradient de température au centre et à la paroi du moule ainsi que sur la formation des particules a-Al a été examiné. Dans certain tests supplémentaires, des quantités appropriées de phosphore et de strontium ont été introduite dans le métal liquide dans le but d'affiner le silicium primaire et eutectique, et faciliter par la suite la mise en forme de la gelée. Il a été constaté que la combinaison du procédé SEED avec deux étapes supplémentaires est une technique capable de produire une gelée d'alliage A390. En plus, la microstructure de la gelée révèle une quantité suffisante de globules d'aluminium (a-Al) entourées de liquide. Dans la deuxième partie, l'effet de l'addition de quantités de Mg allant de 6 à 15% sur le chemin de solidification et la microstructure des alliages hypereutectiques Al-15Si-xMg-4Cu a été étudié en utilisant des calculs thermodynamiques, une analyse thermique et un examen microstructural approfondi. La teneur en Mg influence fortement la cinétique de formation de la phase primaire Mg2Si ainsi que le chemin de solidification du système. La prédiction thermodynamique en utilisant ThermoCalc montre l'existence de six réactions, incluant la formation de la phase primaire Mg2Si, deux réactions pré-eutectique binaires formant soit les phases Mg2Si et Si ou Mg2Si et a-Al, la réaction eutectique ternaire (Mg2Si + Si + a-Al), et deux réactions post-eutectiques aboutissant à la précipitation des phases QAl5Mg8Cu2Si6 et O-Al2Cu, respectivement. Les microstructures des quatre alliages étudiés ont par la suite confirmé la présence de toutes ces phases, y compris la phase nIV Al8Mg3FeSi6. La présence de la phase pi-Fe riche en fer a été également confirmée par l'analyse thermique. L'addition de teneurs supérieures à 12.52% Mg induit une évolution de la morphologie de la phase primaire Mg2Si d'une forme octaédrique vers une forme dendritique et une augmentation significative des dendrites. L'analyse quantitative a révélé une corrélation entre les fractions volumiques mesurées et calculées de la phase primaire Mg2Si et Si. Enfin, les résultats obtenues par ThermoCalc et soutenues par la méthode Scheil montrent un bon accord avec les résultats expérimentaux obtenus à partir des analyses microstructuraux et thermiques. Dans la troisième partie, l'effet des éléments d'addition P et Sr sur la microstructure de l'alliage hypereutectique Al-15Si-14Mg-4Cu a été étudié. La caractérisation microstructural et l'identification des différentes phases ont été réalisées en utilisant un microscope optique et un microscope électronique à balayage (MEB). L'apport individuel et combiné de P et Sr sur la température eutectique de l'alliage Al-15Si-14Mg-4Cu a été étudié à l'aide de l'analyse thermique. La taille moyenne de la phase primaire Mg2Si a diminuée de 350 um à moins de 60 um et sa morphologie a évoluée d'une forme dendritique vers une forme polygonale. En plus, la morphologie des phases eutectique Mg2Si et Si ont changé respectivement d'une forme d'écriture chinoise et d'une forme aciculaire vers une forme fibreuse de taille fine. L'addition de Sr a aussi montré le changement de la morphologie de la phase intermétallique 7t-Fe. Les résultats de l'analyse thermique ont révélés une diminution des températures de germination et de croissance eutectique. L'analyse quantitative a montrée une réduction de la taille des particules et l'augmentation de la densité des phases Mg2Si, Si et rc-Fe. L'addition de Sr ou la combinaison de Sr avec P est avéré très efficace pour affiner la phase primaire Mg2Si et modifier les phases eutectiques Mg2Si, Si ainsi que la phase rc-Fe de l'alliage Al-15Si-14Mg-4Cu. Enfin, le comportement rhéologique et l'évolution microstructural des alliages hypereutectique A390, A390 affiné, Al-15Si-10.5Mg-4Cu et Al-15Si-13.5Mg-4Cu à l'état semi-solide ont été étudiés à l'aide d'un viscosimètre. La déformation de ces quatre alliages à l'état semi-solide a été caractérisée à différentes vitesses de déformations et à fractions de solides variables. La viscosité apparente a été calculée en utilisant le modèle développé par Laxmanan et Flemings. Les microstructures des quatre alliages, après solidification partielle, ont été examinées afin de caractériser le comportement rhéologique lors de la déformation. Une analyse d'image a été réalisée pour quantifier la ségrégation des particules solides et la fraction volumique effective. Les résultats montrent une augmentation de la viscosité apparente des quatre alliages étudiés avec l'augmentation de la fraction solide, et la diminution du taux de cisaillement. La comparaison de la viscosité apparente des quatre alliages indiquait que l'alliage contenant une teneur élevée en Mg possédait une plus grande viscosité apparente pour la gamme du taux de cisaillement et de fractions solides étudiés. Il est également montré que l'alliage affiné A390 a la plus faible viscosité apparente en raison de la diminution de la taille des particules de silicium primaire. En outre, une séparation des phases liquides et solides a également été observée pour tous les alliages au cours de l'étude microstructural des billettes déformées à l'état semi-solide.