Dissertations / Theses on the topic 'Poudre d'aluminium'

Ce travail se divise en deux parties principales. La première est relative à la compression uniaxiale simple d'une poudre de niturure d'aluminium. Après avoir caractérisé la poudre non tassée, nous avons mis en évidence, à travers l'évolution microstructurale des échantillon spendant la compression, le rôle primordial que jouent les agglomérats au cours de cette étape. Nous avons proposé un modèle de réarrangement tenant compte de la présence d'agglomérats, s'appuyant notamment sur les résultats des mesures de porosité ouverte en fonction de la pression et sur l'allule du graphe [1/masse volumique - Ln pression]. Il fait apparaître deux mécanismes : [1] une densification par réarrangement interparticulaire. La porosité initialement bimodale, ne présente plus qu'une classe de pores à l'issue de ce processus (conservation des agglomérats). [2] La poudre forme un continuum lorsque débute le second mécanisme. La densification se déroule alors par déformation et/ou fragmentation des agglomérats puis réarrangement. La seconde partie présente l'adaptation d'une impulsion vibratoire ultrasonore à la compression uniaxiale traditionnelle et l'étude de l'optimisation de ses paramètres en regard des caractéristiques finales des comprimés en cru (fréquence de la vibration, durée, amplitude et pression d'application des ultra-sons). Cette partie est une étude complémentaire de la précédente. En déterminant et comparant l'évolution de la microstructure par porosimétrie au mercure pour chacun de ces deux modes opératoires, nous avons pu mettre en évidence une diminution du volume et de la taille moyenne de la porosité ouverte à la pression de mise en forme égale. L'effet bénéfique de l'assistance ultrasonore sur le comprimé en cru s'est vérifié après frittage.

On propose un modele de rearrangement tenant compte de la presence d'agglomerats. Il met en evidence deux modes de frittage qui interviennent en parallele : une deformation des agglomerats par rearrangement des grains vers les pores inter-agglomerats, et une densification des agglomerats sur eux-memes suivie d'une accomodation. A partir du modele mathematique propose, on etudie la cinetique du frittage sous charge de aln, en determinant le retrait en fonction du temps et l'evolution de la microstructure par porosimetrie au mercure. En faisant varier les parametres classiques, on met en evidence les conditions optimales de frittage

La mise en forme des poudres ceramiques par coulage necessite un empilement le plus homogene possible des grains dans les tessons crus. La comparaison entre la poudre d'alumine et la poudre de nitrure d'aluminium a permis d'apprehender les mecanismes qui gerent la defloculation. Dans le cas de l'alumine, la defloculation a ete etudiee dans un premier temps dans l'eau avec le metaphosphate de sodium comme defloculant, puis dans le melange azeotrope butanone-2-ethanol avec de l'ester phosphorique c103 pour defloculer. Pour le nitrure d'aluminium il n'etait possible d'utiliser que le dernier systeme du fait de sa sensibilite vis-a-vis de l'eau. Les etudes electrocinetiques et les conductivites electriques des suspensions ont permis d'identifier le mecanisme d'interaction entre les particules ceramiques, qui peut etre electrostatique ou sterique ou les deux a la fois. Le type du mecanisme est determine par les interactions solvant-defloculant, solvant-particule et defloculant-particule. Le degre de dispersion des poudres a ete suivi par l'etude de la repartition granulometrique, de la sedimentation, de la rheologie, de la porosite et de la densite des tessons coules. Les tessons du nitrure d'aluminium fritte donnent de tres bons resultats: couleur beige claire, microstructure avec phases secondaires refugiees aux points triples et conductivites thermiques de 120 et 160 w/m. K

La première partie de ce travail porte sur la compréhension de la réaction de nitruration par l'ammoniac d'une poudre de boehmite. La formation d'une couche d'oxynitrure d'aluminium gamma est mise en évidence en surface de grains d'alumine gamma, dans un domaine de température 950#oc-1100#oc. Cette couche d'oxynitrure ralentit la transformation allotropique de l'alumine gamma en alumine alpha. Partant de boehmite, il n'est pas possible d'obtenir plus de 1 pds% d'azote sous forme d'oxynitrure gamma. Pour des taux de nitruration plus élevés apparait le nitrure d'aluminium. La compréhension de cette réaction a permis d'élaborer deux types de poudre: une poudre d'alumine partiellement nitrurée en oxynitrure d'aluminium gamma contenant 1 pds% d'azote et donnant après frittage un composite alumine 80 vol% oxynitrure d'aluminium gamma 20 vol%; une poudre d'oxynitrure d'aluminium gamma monophasée et pure obtenue par nitruration de boehmite par l'ammoniac jusqu'a 4 pds% d'azote, puis recuit sous gaz neutre a 1700#oc. Dans la deuxième partie de cette étude, des composites alumine-oxynitrure d'aluminium gamma ont été élaborés par compression à chaud et frittage sans charge, à partir des poudres mises au point dans la partie précédente, ainsi qu'à partir de nitrure d'aluminium monophasé issu du même procédé. L'utilisation de ces nouvelles poudres permet d'abaisser la température de frittage de 50#oc (t#f=1650#oc), et d'obtenir une microstructure plus fine et plus homogène par rapport au matériau de première génération élaboré à partir de nitrure d'aluminium Starck (obtenu par carbonitruration). Les propriétés mécaniques et tribologiques du composite sont améliorées

L'etude de l'influence de la microstructure sur l'oxydation du nickel fritte est traitee en examinant a la fois le role joue par la porosite et l'addition d'aluminium. La premiere partie de l'etude concerne l'influence de la porosite sur le nickel fritte pur. Les conditions d'elaboration par frittage en phase solide sont determinees precisement pour obtenir des frittes a porosite controlee. L'oxydation des frittes de differentes porosites montre que la resistance a l'oxydation est amelioree par la presence de porosite, meme faible. Ce resultat est interprete en termes de couplage des mecanismes d'oxydation aux mecanismes de frittage dans la phase initiale de l'oxydation. La seconde partie de l'etude est consacree aux influences conjuguees de la porosite et de l'addition d'aluminium (0,5% a 13%) sur la resistance a l'oxydation du nickel fritte. La presence d'al conduit a la formation d'une solution solide pour les faibles teneurs en al, et a la formation d'une nouvelle phase ni#3al pour la teneur 13%. L'alliage ni-al est obtenu dans le premier cas par frittage en phase solide, dans le second cas par frittage en phase liquide. La presence d'aluminium ameliore la resistance a l'oxydation du fritte de nickel des que sa teneur est suffisante pour donner lieu a la formation d'une couche d'alumine sous l'oxyde de nickel et bien qu'elle stabilise la porosite initiale. Avec 13% d'aluminium, la formation de ni#3al conduit a un materiau encore plus resistant a l'oxydation. Ainsi, la porosite et l'addition d'al jouent un role tres important, bien que different, sur la resistance a l'oxydation du nickel fritte.

La reaction des bases azotees sur les halogenures d'aluminium presentent l'avantage de synthetiser du nitrure d'aluminium exempt d'impuretes et de faible granulometrie. Les amines permettent de s'affranchir des problemes rencontres avec l'ammoniac (presence de sels d'ammonium et de composes volatils lors de la pyrolyse). Une etude comparee portant sur les amines a fait apparaitre que la n-propylamine permettait d'obtenir de bons resultats. La reaction est optimale pour 16 heures a temperature ambiante et pour 2 heures a 40\c. La reaction entre les halogenures d'aluminium et la n-propylamine conduit a la formation de composes de formulation alx 3(c 3h 7nh 2) 4. Des etudes ont montre que alcl 3(c 3h 7nh 2) 4 est constitue d'un compose ionique et d'un sel d'amine (al(c 3h 7nh 2), 2cl ,c 3h 7nh + c 3h 7nh 2hcl) et que ali 3(c 3h 7nh 2) 4 d'un compose moleculaire et d'un sel d'amine (ali 2c 3h 7nh,2c 3h 7nh 2 + c 3h 7nh 2hi). Les mecanismes de decomposition thermique des combinaisons azotees ont ete abordes sous differentes atmospheres et il a ete montre que quel que soit le precurseur utilise, les produits de la reaction portes a 1100\c sous balayage d'ammoniac conduisaient au nitrure d'aluminium amorphe avec un rendement voisin de 100%. La poudre de nitrure d'aluminium est ensuite cristallisee par des traitements thermiques au-dessus 1500\c. Les poudres de nitrure d'aluminium se presentent sous la forme d'agglomerats de 50 a 500 m constitues de grains microniques et submicroniques.

Le nitrure d'aluminium (aln) bénéficie d'un intérêt croissant auprès de la communauté européenne du fait de ses excellentes propriétés thermique et électrique. Le présent travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'une bourse sectorielle du programme brite-euram. La densification d'un composé covalent comme le nitrure d'aluminium nécessite la préparation d'une poudre dont la qualité (taille, forme, arrangement spatial et état de surface des grains) est rigoureusement contrôlée. Deux voies de synthèse d'aln ont été explorées. La carbonitruration de l'alumine a été étudiée à basse température (1210°C) afin de sonder la réactivité comparée d'un lot de précurseurs oxydes dissemblables. Ces précurseurs, synthétisés par voies sol-gel et sol-émulsion-gel, présentent des caractéristiques microstructurales adaptées aux exigences céramiques. L'emploi de précurseurs oxydes poreux et thermostables, ainsi que l'utilisation d'un mélange nh#3/n#2 comme agent nitrurant ont permis d'atteindre des degrés de nitruration inhabituels (80%) à 1210 °C. Par ailleurs, une meilleure connaissance du mécanisme réactionnel a pu être atteinte. Le deuxième axe de recherche s'est tourné du côté de l'innovation puisqu'il a permis la mise au point d'une nouvelle méthode de synthèse d'aln, à savoir la métathèse en phase solide. Les poudres d'aln préparées en faisant réagir alcl#3 nan#3 présentent des caractéristiques structurales et chimiques très proches de celles de poudres commerciales. Seule la teneur en oxygène demeure encore trop élevée pour une application en électronique de puissance

Des nanocomposites a matrice d'alliage d'aluminium (5000 et 7000) renforcee par des particules de nitrure d'aluminium ont ete elabores par cryobroyage et frittage sous charge. Le cryobroyage d'un melange al-mg-ain est tout d'abord etudie sur le plan microstructural et chimique. Les influences de differents parametres technologiques et de la temperature sur l'efficacite du broyage des phases al et ain et sur la mecanosynthese de l'alliage al-mg sont analysees a l'aide de mesures par diffraction des rayons x (tailles de cristallites, parametres de maille), de la calorimetrie differentielle a balayage et d'observations en microscopie (meb, met et analyses eds). Il est montre que le cryobroyage conduit a une rapide diminution des tailles de cristallites des deux phases jusqu'a environ 50 nm et a une evolution chimique du systeme : pollution par le fer, oxydation et nitruration in situ. Des analyses de spectrometrie mossbauer mettent en evidence la formation d'une solution solide metastable de magnesium et fer dans l'aluminium. La temperature apparait comme le parametre preponderant pour favoriser la mecanosynthese, mais la faible taille des cristallites permet une dissolution limitee des elements d'alliage malgre la tres basse temperature du broyage. La seconde partie analyse le frittage sous charge des poudres cryobroyees (0 a 30 vol% de phase ceramique). Les mecanismes de diffusion qui s'operent lors du stade intermediaire de frittage sont determines a partir d'une etude cinetique basee sur des methodes anisothermes. Il est montre que la dispersion fine et homogene de phase ceramique au sein de la matrice d'alliage d'aluminium assure la stabilite de la nanostructure et influence les mecanismes de diffusion (volume ou joint de grains). La derniere partie s'interesse a la caracterisation des nanomateriaux ainsi obtenus. Certaines proprietes mecaniques (microdurete, module d'young, comportement en compression a froid et a chaud) des composites a matrice d'alliage 5000 sont analysees. Pour un composite a faible taux de phase ceramique et prealablement extrude, un comportement superplastique est observe dans les conditions de deformation imposees. Enfin, une etude du renforcement structural des composites a matrice d'alliage 7000 est proposee.

La reaction entre alx#3 (x: halogene) et nh#3 conduit a la formation de composes de formulation alx#3, 6nh#3 a temperature ambiante comme a basse temperature (t: 50c). Des etudes a basse temperature dans l'ammoniac liquide ont montre que alcl#3, 6nh#3 est un compose d'addition alors que les formulations albr#3, 6nh#3 et all#3, 6nh#3 representent respectivement les melanges suivants: albr#2(nh#2), 4nh#3+nh#4br, all(nh#2)#2, 2nh#3+2nh#4l. Nh#4x, soluble dans l'ammoniac liquide, interagit avec les composes albr#2(nh#2, 4nh#3 et all(nh#2)#2, 2nh#3 pour former des complexes egalement solubles. Quel que soit le precurseur, les composes alx#3, 6nh#3 portes a 900c sous balayage d'ammoniac conduisent au nitrure d'aluminium cristallise. Le faible rendement de la synthese s'explique par la formation de composes volatils. Cette formation resulte de la fixation d'halogenure d'hydrogene sur les composes de l'aluminium, hx provenant de la dissociation de nh#4x sous produit de la thermolyse. L'amelioration du rendement de la synthese du nitrure d'aluminium passe par l'elimination de l'halogenure d'ammonium avant la pyrolyse. L'elimination de nh#4x par sublimation a temperature convenable n'est pas satisfaisante, son interaction avec les composes de l'aluminium ne permet pas leur separation. La synthese a partir des precurseurs alx#3, malgre un faible rendement, est interessante, le nitrure obtenu laisse esperer de bonnes caracteristiques en frittage

L'aluminium est le 3ème élément présent à la surface de la terre et le plus utilisé dans l'industrie, ainsi que dans le monde de la fabrication des ustensiles de cuisine et des emballages alimentaires, en particulier pour leur stockage et leur préparation. L'exposition de l'homme est donc inévitable et chaque jour, des taux modérés de ce métal pénètrent dans l'organisme et sont capables de s'accumuler dans certains organes. Longtemps considérée comme inoffensif, l'aluminium est considéré aujourd'hui comme un métal toxique. Le but de notre étude a été de vérifier s'il y avait une migration de l'aluminium dans les aliments, lors de leur stockage ou de leur cuisson, dans des matériaux à base d'aluminium ; d'évaluer la dose libérée d'aluminium, et de la comparer à la dose maximum admissible pour préserver la santé des populations afin d'apprécier si cette utilisation domestique de l'aluminium pouvait présenter un risque toxique potentiel en santé publique. Nous avons confirmé la libération de l'aluminium mise en contact avec des molécules chélatrices, présentes dans les aliments et testées en milieu simple ; et nous avons montré que cette solubilisation pouvait être très importante et était fonction de la nature de la molécule chélatrice, de sa concentration, de sa forme chimique et surtout de la température. Les formes salifiés étudiées (sels de K+, Na+ et Li+ de l'acide citrique, de l'acide oxalique et de l'acide lactique) nous ont permis de comprendre comment la modification d'une molécule pouvait changer la libération de l'aluminium soit par modification du pH, soit par modification de la réactivité. Nous avons également évalué l'impact de la matrice alimentaire sur la quantité d'aluminium relarguée à partir d'ustensiles de cuisine utilisés pour la conservation ou la cuisson. Différents aliments, ont été sélectionnés en fonction de leur composition en molécules chélatrices de l'aluminium. Le relargage de l'aluminium est fonction de l'aliment, de la localisation du prélèvement de l'échantillon, de la température, du temps et du type de contenant. En confrontant nos résultats aux différentes données de la littérature et en les intégrant dans le contexte des apports quotidiens et des limites de sécurité nous avons essayé de modéliser l'implication de l'aluminium, en fonction des quantités relarguées, dans notre nutrition. Ce travail nous a permis d'identifier d'éventuelles habitudes à risque, de proposer des recommandations concernant l'utilisation des ustensiles de cuisine en aluminium, de proposer un modèle cinétique et de découvrir une méthode de prétraitement permettant de réduire le transfert d'aluminium.

Cette thèse traite des poudres d’aluminium utilisées dans les mélanges énergétiques. Grâce à la technique de broyage planétaire haute énergie, nous avons synthétisé des poudres d’aluminium micrométriques ou nanométriques. Au moyen de techniques d’analyses diverses, nous avons caractérisé leur texture, comportement thermique, structure et microstructure. Des poudres avec un état de division comparable aux échantillons sphériques ont été produites par optimisation du procédé de broyage. Avec des critères de réactivité, nous montrons que le broyage permet la synthèse de poudres de réactivité comparable voire meilleure que celle des poudres commerciales. Nous avons étudié les mécanismes d’oxydation des poudres en réalisant des analyses thermogravimétriques sous air en mode isotherme ou à vitesse de réaction contrôlée. Enfin, la réactivité des poudres élaborées au laboratoire a été évaluée grâce à différents tests de combustion. La formulation de propergol et des tests de propulsions ont été réalisés en collaboration avec ONERA. Les tests de formulation de propergols solides ont été réussi et les tests de combustions moteur ont montré une vitesse de régression élevée pour le propergol contenant les nanoplaquettes. Dans un second temps, les poudres ont été utilisées dans des nanothermites Al/CuO et des tests de combustion ont été menés avec le laboratoire NS3E de l’institut franco-allemand de Saint-Louis. Les tests de combustion de thermites ont montré des vitesses de régressions plus faibles avec des nanothermites contenants des nanoplaquettes. Cependant, ces dernières semblent légèrement désensibilisées à la friction ou aux décharges électrostatiques
This thesis deals with aluminum powders used in energetic materials. Thanks to the high-energy planetary ball milling technique, we have synthesized aluminum powders having micrometric or nanometric dimensions. Their texture, thermal behavior, structure and microstructure before and during oxidation were studied. Nanoflakes with similar specific surface areas than commercial spherical powders have been obtained from the optimization of the milling process. We have established reactivity criteria and we show that high-energy ball milling allows the synthesis of powders with a similar or better reactivity than spherical powders. The oxidation mechanism of aluminum powders was also followed with thermogravimetric analysis under air either in isothermal mode or using a controlled reaction rate. The modeling of powders oxidation was carried out using principles of heterogeneous kinetics and show that morphology does not impact the oxidation. Finally, the reactivity of the powders was evaluated thanks to various combustion tests. Propellant formulation and propulsion tests were carried out in collaboration with ONERA. The solid propellant formulation tests were successful, and the engine combustion tests showed a high regression rate for the propellant containing the nanoflakes. The preparation of nanothermites and their combustion tests were conducted at the NS3E laboratory of the franco-german Institute of St. Louis. Al/CuO nanothermites formulations were successfully carried out and combustion tests showed lower regression rates for nanothermites containing nanoflakes. However, they seem slightly desensitized to friction or electrostatic discharge

Ce memoire presente en introduction les proprietes physico-chimiques du nitrure d'aluminium et ses usages. La situation du marche est exposee et la necessite de developper de nouvelles methodes de synthese justifiee. L'auteur a fait une etude bibliographique qui lui permet de presenter l'etat de l'art en matiere de synthese de poudres submicroniques de nitrure d'aluminium en plasma thermique. Dans le premier chapitre, sont presentes les resultats de l'approche thermodynamique du procede de synthese etudie. La nucleation et la croissance des particules au cours du refroidissement de la phase vapeur ont ete modelisees. Le second chapitre decrit le dispositif experimental utilise: un four a plasma ou un arc d'azote est transfere sur un lingot d'aluminium. Ensuite, la methode de diagnostic spectroscopique du plasma d'azote est introduite et discutee. Dans le troisieme chapitre, l'auteur met en evidence les resultats obtenus. Des essais typiques sont decrits; les bilans calorimetriques sont presentes; les distributions spatiales de temperature dans la colonne d'arc et au voisinage de la cathode sont tracees. Le lingot apres traitement est analyse et un mecanisme de synthese est propose. Enfin, la composition chimique des poudres collectees est correlee avec la nature des gaz plasma et du gaz de trempe utilises. L'auteur conclut en presentant un four pre-industriel qui a permis d'obtenir des poudres contenant au moins 99,3% de nitrure d'aluminium et dont la surface specifique est de l'ordre de 10m#2/g

Bien que les techniques de la galvanisation soient anciennes, on constate régulièrement des évolutions dans le domaine grâce aux techniques connexes qui progressent. Se basant sur son savoir-faire, la fabrique de fer de Maubeuge a imaginé un procède alliant la flexibilité des lignes de peinture au principe du Slurry Coating. Ce travail est particulièrement consacré au système aluminium déposé sur tôle galvanisée. Nous avons été amenés à exploiter quelques théories concernant les formulations des mélanges de poudres. Elles ont été en grande partie empruntées aux formulations des barbotines céramiques. Nous préciserons toutefois que les synthèses de nos propres mesures sont venues enrichir les données bibliographiques. Les structures observées sont particulières. La complexité des chemins de diffusion que nous essayons d'interpréter résultent de fronts de réactions très instables. Les couches d'aluminium, de faibles épaisseurs, engendrent lors du recuit des fronts de diffusion multiples. Les équilibres se modifient, certaines phases apparaissent pour disparaitre aussi rapidement.

Depuis ces dernières années, les procédés de fabrication par addition de matière commencent à faire leur apparition dans les entreprises occupant des secteurs à forte valeur ajoutée comme l’aéronautique, le spatial ou le secteur de l’armement. Ces procédés d’addition de matière mettent en oeuvre des poudres métalliques issues des alliages métallurgiques utilisés couramment dans l’industrie mécanique. Le projet EXPAALT a été développé sur la problématique du risque d’explosion autour des poudres d’aluminium, de titane et de leurs alliages et cette thèse s’inscrit dans ce contexte. Son objectif est de contribuer d’une part à la détermination des paramètres de sécurité de ces poudres, et d’autre part à la compréhension des mécanismes de combustion de celles-ci. Pour ce faire, onze poudres métalliques ont été sélectionnées dont quatre poudres pures et sept alliages. Leurs caractéristiques de combustion ont été étudiées dans une bombe sphérique de 20 litres et dans un tube d’Hartmann. A l’appui de ces dispositifs, des diagnostics optiques, en plus du capteur de pression de la sphère, comme un pyromètre IR à deux couleurs et un spectromètre UV-visible ont été utilisés. Les mécanismes de combustion ont été interprétés en combinant une approche thermodynamique à l’équilibre avec une caractérisation fine des produits de combustion. Les résultats obtenus ont montré que les poudres pures sont plus sensibles et plus sévères à l’explosion que leurs alliages. Dans les analyses des produits de combustion, il est noté la présence de phases cristallisées et de phases amorphes, permettant de mettre en évidence la complexité des mécanismes de formation des produits de combustion. Dans tous les cas de figure, il apparait que l’oxygène et l’azote sont deux réactifs lors de la combustion comme en témoigne l’analyse des produits. La proportion entre oxyde et nitrure est directement contrôlée par la richesse. Ces résultats fournissent des informations nouvelles sur la combustion des poudres pures étudiées et de leurs alliages, montrant la nécessité de faire évoluer les modèles de combustion
In recent years, the layer-by-layer manufacturing process seems to be used increasingly amongst the aeronautics, space or defense industries. These Additive Layer Manufacturing processes use metal powders from metallurgical alloys commonly used in the mechanical industry. The EXPAALT project was developed on the problematic of explosion risk around aluminum, titanium and their alloys powders. This thesis is part of this project and aims to contribute on the one hand to the determination of the safety parameters, and on the other hand to the comprehension of combustion mechanisms of these powders. For such, eleven metal powders were selected including four pure powders and seven alloys. Their combustion characteristics were studied in a 20 liter spherical bomb and in a Hartmann tube. In support of these devices, optical diagnostics, in addition to the pressure sensor of 20 liter spherical bomb, such as a two-color IR pyrometer and a UV-Visible spectrometer were used. The combustion mechanisms were interpreted by combining a thermodynamic equilibrium approach with the combustion products characterization. The results obtained in those different experimental configurations showed that pure powders are more sensitive and more severe to explosion than their alloys. In the combustion products analyzes, it is noted the presence of crystallized and amorphous phases witch showed the complexity of the mechanisms formation of combustion products. In all cases, it appears that oxygen and nitrogen are two reactants during combustion, as evidenced by the analysis of the products. The proportion between oxide and nitride is directly controlled by dust concentration. These results provided new information about the combustion of pure powders and their alloys and showed that we need to evolve combustion models

On etudie la reactivite et la densification de melanges de poudres d'al::(2)o::(3) en exces et de aln (densite, diffraction rx, meb et met, proprietes mecaniques). Les resultats remettent en cause les diagrammes etablis et precisent les phases formees a haute temperature : alon-gamma se forme des 1550**(o)c; au-dela de 1700**(o)c, il evolue vers des structures quadratique et monoclinique par dissolution de al::(2)o::(3); une phase liquide apparait vers 1780**(o)-1800**(o)c. Le processus de fabrication optimise (cobroyage des poudres, frittage avec ou sans charge) conduit a une ceramique composite al::(2)o::(3)-alon dense, interessante par ses proprietes mecaniques. On a aussi etudie la reactivite de al::(2)o::(3) vis-a-vis de bn, qui reagissent a plus de 1700**(o)c pour former aln, b::(2)o::(3) et alon spinelle et quadratique. Des composites al::(2)o::(3)-alon-bn ont ete frittes : bn a un effet benefique sur la resistance aux chocs thermiques

The aim of this work was to study the formation of shear bands (S. B. ) in plane compression test of three alloys of Aluminum, these latters are in differents metallurgical states, cold rolled, annealed and recristallised. One have observed that, texture and metallurgical states are two important factor for appearance of S. B. . To state precisely the influence of the texture, one has done two types of calculation, one based on the stress consideration and the other on the strain consideration. The result shows that the calculation based on stress consideration can better explain the observation of S. B. Than the calculation based on the strain consideration, but this is true only for annealed or recristallised samples. The geometry of the slip system towards the plane that contains transverse direction and normal direction, seem to be an important factor for appearance of the S. B. . If the slip is distributed in a asymmetric manner, there is a tendency to form the dislocation layer which is heterogeneity of deformation, so S. B. Appears. In the other hand we have noticed that the number of slip plane predicted by Schmid law is in relation with the appearance of S. B. , but only in annealed and recristallised samples, when the Schmid law predict only one slip plane, S. B. Are present and in the contrary case these are not present. One think that if the slip occurs on only one slip system, this lends to heterogeneous deformation, but when slip occurs on more than one system, the deformation is homogenous. The reason why these criteria are not apply to cold rolled samples, could be that the criterion don’t take into accompt strain hardening, one think that metallurgical state can influence the appearance of S. B. Because we have annealed one of our materials in a manner that its texture does not change, and experience showed that the appearance of S. B. Is influenced. However we don’t know the reason, because the study by electronic microscope does not show any precipitation.

L'objectif de cette thèse est de progresser dans la compréhension de l'influence de la microstructure sur l'anisotropie plastique et la ténacité de deux nuances d'alliage Al-Cu-Li 2198 sous forme de tôle. L'épaisseur de tôles est 2 mm et 6 mm. Deux traitements thermiques (T351 et T851) ont été étudiés pour chaque nuance. Différentes techniques de caractérisation multi-échelles telles que la microscopie optique, la microscopie électronique en transmission ou encore la tomographie à rayons X ont été utilisées pour identifier les microstructures des matériaux et les micro-mécanismes d'endommagement. L'anisotropie plastique et l'effet d'épaisseur sur la plasticité ont été étudiés via des essais de traction sur les éprouvettes lisses et entaillées selon différentes directions. Les résultats montrent que le comportement plastique est anisotrope dans le plan de tôle. Le comportement en déchirure ductile a été examiné en utilisant des éprouvettes de petite taille de type Kahn ainsi que des plaques larges de type M(T). L'anisotropie de ténacité a été étudiée sur les éprouvettes chargées selon différentes configurations. La fractographie par microscope électronique à balayage (MEB) et la tomographie synchrotron aux rayons X ont clarifié le rôle des structures granulaires et des traitements thermiques sur les mécanismes de la rupture inter-granulaire et trans-granulaire. La croissance de cavités reste limitée dans la zone de propagation de fissure. En fin, la simulation de la déchirure ductile par élément finis est basée sur l'approche locale de la rupture en utilisant un modèle de zone cohésive (CZM). Les paramètres cohésifs ont été ajustés sur les éprouvettes Kahn. Les paramètres identifiés ont été employés pour prédire la déchirure ductile des essais M(T). Les résultats montrent que la simulation des essais M(T) est plus sensible aux valeurs des paramètres ajustés que la simulation des essais Kahn. L'effet d'épaisseur a été évalué à l'aide de la technique de relâchement des nœuds en analysant la variation de la contrainte et de la déformation dans la direction de l'épaisseur.

L'objectif de ce travail est la simulation par éléments finis de la déchirure ductile des tôles minces en alliage d'aluminium 2024. La méthode est basée sur l'approche locale de la rupture. Les observations métallographiques indiquent deux mécanismes de rupture. Si la pression hydrostatique est élevée, la rupture intervient par striction interne. Dans le cas contraire, la rupture intervient par localisation de la déformation en bande à 45 degrés. Dans les éprouvettes de fissuration Kahn et M(T), les mécanismes de rupture sont identiques. Les simulations sont basées sur une extension du modèle de Rousselier incluant une représentation de l'anisotropie plastique et de la germination de porosités.
Un nouveau critère de plasticité anisotrope est spécifiquement développé. Il s'agit d'une extension du critère de Karafillis et Boyce (1993). Le modèle est appliqué à deux nuances dont la teneur en particules intermétalliques est différente. Les paramètres sont ajustés sur de petites éprouvettes pour le matériau à haute pureté. La transférabilité est vérifiée sur les grands panneaux M(T). Le transfert vers le matériau ayant la plus forte teneur en particules intermétalliques est fait en modifiant la taille de maille dans le même rapport que l'espacement inter-particules. Le modèle est utilisé comme un outil numérique afin d'étudier les effets de la loi d'écrouissage, d'une pré-traction ou de l'anisotropie plastique sur la résistance à la propagation de fissure. Il est alors possible de proposer des voies d'amélioration du matériau.

L'objectif de ce travail est la simulation par éléments finis de la déchirure ductile des tôles minces en alliage d'aluminium 2024. La méthode est basée sur l'approche locale de la rupture. Les observations métallographiques indiquent deux mécanismes de rupture. Si la pression hydrostatique est élevée, la rupture intervient par striction interne. Dans le cas contraire, la rupture intervient par localisation de la déformation en bande à 45 degrés. Dans les éprouvettes de fissuration Kahn et M(T), les mécanismes de rupture sont identiques. Les simulations sont basées sur une extension du modèle de Rousselier incluant une représentation de l'anisotropie plastique et de la germination de porosités. Un nouveau critère de plasticité anisotrope est spécifiquement développé. Il s'agit d'une extension du critère de Karafillis et Boyce (1993). Le modèle est appliqué à deux nuances dont la teneur en particules intermétalliques est différente. Les paramètres sont ajustés sur de petites éprouvettes pour le matériau à haute pureté. La transférabilité est vérifiée sur les grands panneaux M(T). Le transfert vers le matériau ayant la plus forte teneur en particules intermétalliques est fait en modifiant la taille de maille dans le même rapport que l'espacement inter-particules. Le modèle est utilisé comme un outil numérique afin d'étudier les effets de la loi d'écrouissage, d'une pré-traction ou de l'anisotropie plastique sur la résistance à la propagation de fissure. Il est alors possible de proposer des voies d'amélioration du matériau
The purpose of this work is to develop a finite element simulation of ductile tearing of thin sheets in 2024 aluminum alloy. The method is based on the local approach to fracture. Metallurgical observations indicate two rupture mechanisms. If hydrostatic pressure is high, rupture arises by internal necking. In the opposite case, rupture arises by localization of deformation into a 45 degree slanted band. In Kahn and M(T) cracking samples, rupture mechanisms are identical. The simulations are based on an extension of the Rousselier model which includes the description of plastic anisotropy and void nucleation. A new anisotropic yield function is specifically developed. It is an extension of the yield function of Karafillis and Boyce (1993). The model is applied to two grades which have different volume fractions of intermetallic particles. The parameters are adjusted in the case of the high purity material on small specimens. The transferability is checked on large M(T) panels. The transfer to the material containing the highest amount of intermetallic particles is made by modifying the mesh size according to the ratio of the particle mean spacing. The model is used as a numerical tool to investigate the effects of plastic hardening, prestraining and plastic anisotropy on crack growth resistance. It is then possible to give guidelines for material improvement

Les tôles fortes d’aluminium sont largement utilisées pour usiner des pièces aéronautiques. Pendant la transformation des ces tôles fortes, les pores présents à l’issue de la coulée sont refermés lors du laminage à chaud. Il existe différents modèles numériques qui permettent de décrire l’évolution de la porosité pendant un schéma de passe de laminage à chaud. Ces modèles sont basés sur des géométries de pores simples tel que des sphères ou de ellipsoïdes tandis que les pores de fonderie réels sont ramifiés et tortueux. Cette thèse a pour but de recueillir des données expérimentales 3D de pore réels pendant leur fermeture, de comparer leur fermeture aux modèles existants et de proposer un nouveau modèle simple. Des essais in situ de chargement uniaxial à haute température ont été caractérisés par micro-tomographie X en synchrotron. Ils fournissent des vues 3D des pores pendant leur déformation. Couplé à de la corrélation volumique, il est possible de suivre des dizaines de pores individuels pendant leur déformation et ainsi quantifier leur évolution morphologique (volume, forme, orientation) en fonction de la déformation. Des simulations éléments finis ont été utilisées pour déterminer les chemins de chargement correspondants. Des simulations du laminage à chaud ont aussi été réalisées pour s’assurer que les chemins de chargement locaux accessibles avec des échantillons compatibles avec la tomographie X sont représentatifs des chemins de chargement locaux d’une tôle laminée. Ainsi, une grande quantité de données relative à la fermeture et à l’ouverture de pores ont été accumulées en réalisant des essais de compression et de traction. L’influence de la morphologie du pore et des conditions expérimentales ont été étudiées afin de comprendre leur rôle dans la cinétique de fermeture des pores. La forme des pores est primordiale, les pores complexes ramifiés ferment différemment que les pores sphériques en raison de leur fragmentation pendant la fermeture. L’orientation du pore affecte aussi la fermeture, les pores allongés dans la direction du chargement sont plus difficiles à fermer. Par rapport à la morphologie du pore, les conditions expérimentales telles que la température et la vitesse de chargement ont une influence négligeable. Les données expérimentales permettent aussi de tester les différents modèles de fermeture de la littérature. La validité des modèles de fermeture dépend de la forme du pore et du chargement décrit par la triaxialité. Un modèle simple inspiré du modèle STB est proposé, il permet de mieux décrire la fermeture des pores complexes par rapport aux autres modèles existants pour des triaxialités négatives
Aluminum thick plates are widely used in aerospace applications to machine structural aircraft elements. During the processing of these thick plates, pores present in ingots after casting are closed thanks to hot rolling. To describe the evolution of porosity during a given hot rolling pass schedule, different numerical models exist. These models are based on simple pore geometry such as spheres or ellipsoids, whereas real shrinkage pores are branched and tortuous. The present work aims at gathering 3D in situ experimental data on real pores during their closure, compare the pore closure to existing models and propose a simple model. In situ uniaxial mechanical test at high temperature were performed under synchrotron X-ray microtomography. It provides 3D view of pores during their deformation. Combined with Digital Volume Correlation, it allows to follow tens of individual pores during their deformation and thus quantify their morphological evolution (volume, shape, orientation) with strain. FEM simulations were used to characterize the corresponding stress paths. FEM simulations of hot rolling were also performed to ensure that local loading paths obtained on samples compatible with X-ray tomography are representative of local loading paths in a rolled plate. This way, a large amount of data on pore shrinkage and growth are accumulated using compression and tension tests. Pore morphology and processing conditions influence are investigated to understand their role in pore closure kinetics. Pore shape is of prime importance, complex branched pores close differently than spherical pores due to their fragmentation during closure. Pore closure is also affected by pore orientation, elongated pores along the loading direction are more difficult to close. Compared to pore morphology, processing conditions such as temperature or compression velocity have a negligible influence. Experimental data also allows to test the different closure models from the literature. It results that accuracy of pore closure model depend on the pore shape and type of loading in terms of triaxiality. A simple model derived from the STB model is proposed and describes better the closure of complex pores compare to existing models in negative triaxiality

L'automobile nécessite l'utilisation d'échangeurs thermiques permettant d'assurer au moteur des conditions de fonctionnement en température acceptables (autour de 90°C). La fiabilité de ces échangeurs ne peut être négligée car ils peuvent être à l'origine de complications mécaniques importantes en cas de dysfonctionnement. La maîtrise des divers modes d'endommagement des échangeurs thermiques liés aux conditions d’utilisation devient dès lors un enjeu incontestable pour les industriels en charge de leur production, tant du point de vue matériaux, que du comportement général de la structure en service (influence du procédé d'assemblage, design,...). Les échangeurs thermiques présentent aujourd’hui une sensibilité accrue aux sollicitations thermomécaniques cycliques induites en service, du fait, essentiellement, d’une constante diminution des épaisseurs des composants. Celle-ci est responsable d’une augmentation significative des contraintes internes pour des conditions en service identiques, pouvant avoir pour conséquence directe et irréversible la rupture d’un tube, témoin d’une incompatibilité matière/design/process. Deux configurations matières industrielles ont ici été étudiées. Il s’agit de structures tri-couches colaminées de type tube, constituées respectivement de deux et trois alliages d’aluminium distincts (4xxx/3xxx/4xxx ou 4xxx/3xxx/7xxx), pour une épaisseur totale de 270µm. Ces dernières ont été développées pour permettre l’utilisation du procédé de brasage comme procédé d’assemblage (alliage 4xxx). Toutefois, une telle architecture, combinée à un procédé thermique d’assemblage sévère (600°C), est responsable d’une modification profonde de la microstructure avec l’apparition de structures de solidification, responsables entre autres de nombreuses irrégularités de surface (appelées Gouttes de Placage Résiduelles - GPR) ainsi que d’importants gradients de propriétés mécaniques dans l’épaisseur. Ces travaux de recherche s’appuient sur une approche expérimentale et numérique développée pour étudier les mécanismes d'endommagement en fatigue relatifs à de telles structures fines hétérogènes. Associant diverses techniques expérimentales telles que la corrélation d’images numériques (2D-3D) ou la tomographie à rayons X (de laboratoire ou à l’ESRF), elle permet une analyse précise des mécanismes d’amorçage et de propagation des fissures de fatigue (sur éprouvette de fatigue classique ou de type échangeur thermique). Le rôle des différents placages dans chacune des phases de l’endommagement a ainsi été mis en évidence (4xxx : amorçage, 7xxx : propagation des fissures). Des simulations par la méthode des éléments finis nous ont permis de compléter ces observations en proposant une quantification précise de l’influence de l’état de surface (GPR) sur la tenue en fatigue des éprouvettes testées. Enfin, des essais de fatigue réalisés directement sur échangeurs thermiques ont permis de corroborer les résultats obtenus sur éprouvettes modèles
The automotive industry, like many other industrial fields, requires the use of heat thermal exchangers to allow optimal thermal service conditions of the engine (around 90°C for a car engine). The exchangers’ reliability has to be guaranteed to avoid a decrease of the engine efficiency or detrimental mechanical damage resulting from too high service temperatures. It is therefore necessary to control the different damage modes of such thermal heat exchangers according to the conditions of use. Thanks to their good thermal, corrosion and mechanical properties, aluminium alloys have steadily replaced copper alloys and brass for manufacturing heat exchangers in cars or trucks. Such components have been constantly optimized in terms of exchange surface area and, nowadays, this has led to Al components in heat exchangers with a typical thickness of the order of 0.2 to 1.5 mm. With such small thicknesses, the load levels experienced by heat exchangers components has drastically increased leading to an important research effort in order to improve the resistance to damage development during service life. Two industrial materials made of 3 co-rolled aluminium alloys (total thickness 0.27 mm) have been studied. In spite of their small thickness, the materials exhibit a composite structure comprising a core material (3xxx alloy) and 2 clads (4xxx and/or 7xxx alloys according to material configuration: 4xxx/3xxx/4xxx or 4xxx/3xxx/7xxx). The lower melting point 4xxx alloy is used for producing the heat exchanger assembly during a brazing process while the 7xxx alloy improves internal corrosion resistance. Such complex architecture, combined to the severe brazing thermal treatment, leads to important microstructural modifications, mainly characterized by the formation of brazing joints or Clad Solidification Drops (CSD) on the surface. Both of them are responsible for significant gradients of the mechanical properties on the thickness. The present study is based on an original experimental and numerical approach developed to characterise the different fatigue damage mechanisms operating in such thin heterogeneous structures. Digital image correlation (2D-3D) and X-rays tomography (at different resolutions) have been used to analyze the crack initiation and propagation mechanisms, highlighting the impact of each clad on each damage step. While the 4xxx clad corresponds to preferential crack initiation zones, the 7xxx clad seems to affect significantly the crack propagation phase. Finite Elements simulations have been carried out to complete these experimental observations, putting forward an accurate quantification of the surface state influence (through the CSD). All the different results and observations made on fatigue samples with a simplified geometry have been finally confirmed by fatigue tests on thermal exchanger configurations

Ce travail concerne l'étude de l'évolution au cours du dégazage à chaud d'une poudre d'alliage d'aluminium X7091 concernant 6.3% de zinc, 2.2% de magnésium et 1.6% de cuivre. En l'absence de traitement thermique et gazeux, l'alliage X7091 est recouvert d'une couche d'oxydes hydratés qui assure un rôle protecteur vis-à-vis de l'oxydation et de la sublimation des éléments alliés. La stabilité de cette couche est essentiellement fixée par sa teneur en eau de constitution, elle-même fonction des conditions de température et de pression. Pour une perte en eau critique de 0,1% en masse, il y a précipitation d'une nouvelle phase oxydée à travers laquelle le zinc et le magnésium sont susceptibles de diffuser. Dès lors, il y a compétition entre le phénomène de sublimation et celui d'oxydation. La nature de l'atmosphère gazeuse environnante est alors déterminante sur le type de processus mis en jeu. En présence d'oxygène ou de vapeur d'eau, l'oxydation du magnésium devient importante et la couche de magnésie formée assure à nouveau un effet protecteur vis-à-vis du départ du zinc. La mise au point d'un modèle représentant l'évolution des couches superficielles et son application aux résultats expérimentaux conduit à la détermination des valeurs des coefficients de diffusion de l'eau dans la couche d'oxydes et du magnésium dans l'oxyde. Les informations obtenues sont exploitables à l'échelon industriel. Elles ont permis la détermination des conditions optimales de dégazage de l'alliage X7091 et par suite la fabrication de pièces mécaniques saines aux côtes finies.

Cette etude tente de mettre en evidence deux aspects complementaires a prendre en compte lors de la compression des poudres. La premiere partie montre l'interet de caracteriser les materiaux pulverulents: sialon, nitrures d'aluminium, ferrite et alliage fer-cuivre au moyen de la porosimetrie a mercure, et permet de connaitre la porosite des comprimes. Une relation etroite a pu etre mise en evidence entre la morphologie d'une poudre et son comportement a la compaction. Dans la seconde partie, l'auteur montre l'interet d'appliquer une impulsion ultrasonore pendant la compression des poudres. L'etude de l'assistance ultrasonore de la compaction a permis d'optimiser les conditions d'application des ultrasons et de montrer l'existence d'une pression critique dont la determination est indispensable pour toute application benefique des ultrasons au cours de la compaction des poudres. On montre a partir de ces resultats l'impact favorable des ultrasons sur la densite des comprimes sialon, de ferrite de manganese-zinc, de nitrure d'aluminium et d'alliage fer-cuivre

Influence de la taille des grains (6,7 um à 39 um) sur le seuil et la résistance à la fissuration par fatigue. Le comportement à la fissuration par fatigue peut être expliqué en tenant compte de l'effet de la rugosité des surfaces de rupture en comparaison entre les alliages fabriqués par métallurgie des poudres et ceux fabriqués par métallurgie conventionnelle. Proposition d'un modèle assez simple permettant de déterminer le seuil de non fissuration en tenant compte des effets de rapport de charge, de la limite d'élasticité cyclique, de la taille des grains et de l'espacement entre les précipités incohérents.

Les alliages d’aluminium constituent environ 80 % des structures d’avions d’affaire Dassault Aviation. Ils sont choisis pour leur bonne tenue mécanique spécifique (rapportée à leur densité) et pour leur coût. Cependant, ils sont spécifiés pour des applications généralement limitées à la plage de températures comprises entre -55 et +85 °C. Qu'en est-il de leur emploi, volontaire ou accidentel, au delà de 85 °C ?L’objectif de cette thèse est de déterminer l’évolution des caractéristiques des alliages d’aluminium courants en fonction des facteurs temps/température/chargement imposés pour un large intervalle de températures (85 à 250 °C) et des durées comparables à celles en service (1 à 10 000 h). Pour cela deux nuances sont étudiées : le 2024 aux états T3 et T8 et le 5086 à l’état H111 et testées à différentes températures, avec ou sans vieillissement artificiel en corrélation avec leur évolution structurale afin d’appréhender les évolutions potentielles d’une pièce de structure aéronautique tout au long de sa vie.La finalité de l’étude est de générer une cartographie complète microstructure/propriétés dans un large domaine de température et pour de courtes et longues durées de vieillissement. Un couplage avec des méthodes de contrôle non destructives sera également établi afin de déceler les pièces surexposées en température et d’accéder à leurs propriétés rémanentes résultantes de l’évolution de leur microstructure
Aluminum alloys possess low weight and cost and have a high strength which makes them one of the most used materials in aircraft industry. Their operating temperature is included in the range of – 55 to + 85~°C. Nevertheless, the literature data are lacking for aluminum alloys exposed at temperature significantly higher than 85~°C.The aim of this study is to characterize the microstructural and mechanical properties evolution of aluminum alloys as a function of the time, temperature and load after different times of exposure at temperatures above 85 °C.2024 T3 and T8 and 5086 H111 alumnium alloys were artificially aged at different temperatures in the range of 85 to 250~°C for different durations, comparable to service time, varying from 1 to 10~000~h. Then, the mechanical properties were investigated in regard of the microstructural evolutions.Finally, a microstrure/properties map was obtained in a wide range of temperatures and for short and long durations of aging. Non destructive tests were also carried out in order to detect parts exposed in temperature and assess to their remanent properties

Ce projet est consacré à l'étude des propriétés optiques des films minces en nitrure d'aluminium dopé par des terres rares. Plus particulièrement, le travail est orienté pour étudier les mécanismes de luminescence des éléments RE sélectionnés incorporés dans des films minces AlN pour être utilisés comme candidats aux dispositifs d'éclairage. Au cours de cette thèse, la technique de pulvérisation de magnétron réactif est utilisée pour synthétiser les films minces AlN non dopés et dopés. La technique et le traitement des films sont discutés en détail. L'effet des conditions de pulvérisation sur la structure et les propriétés optiques des films préparés est étudié. La corrélation entre les conditions de pulvérisation cathodique, l'orientation cristallographique, la morphologie, la microstructure et les propriétés optiques sont établies. Les analyses de structure et de composition des échantillons préparés ont été étudiées par plusieurs moyens, tels que la microscopie électronique à transmission, la spectroscopie à rayons X à énergie dispersive et la spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford. Les propriétés optiques des films sont caractérisées par une transmission UV-Visible, une spectroscopie d'Ellipsometry et une spectroscopie de photoluminescence
This project is dedicated to study the optical properties of rare earth-doped aluminum nitride thin films. More particularly, the work is oriented to investigate the luminescence mechanisms of selected RE elements incorporated in AlN thin films to be used as a candidate for lighting devices. During this thesis, reactive magnetron sputtering (RMS) technique is used to synthesize the undoped and doped AlN thin films. The technique and films processing are discussed in details. The effect of sputtering conditions on the structure and optical properties of the prepared films are investigated. The correlation between the sputtering conditions, the crystallographic orientation, the morphology, the microstructure and the optical properties are established. The structure and composition analyses of the prepared samples have been investigated by several means, such as transmission electron microscopy (TEM), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). The optical properties of the films are characterized by UV-Visible transmission, Ellipsometry spectroscopy, and Photoluminescence spectroscopy

Une méthode de synthèse chimique de nanoparticules d'aluminium pour des applications énergétiques a été mise au point et optimisée. Elle consiste à former un hydrure d'aluminium et à le décomposer en présence d'un catalyseur. Il a été montré la nécessité de travailler en atmosphère inerte pour minimiser l'état d'oxydation des particules. Le contrôle de la morphologie des particules a été obtenu (i) via le contrôle de la phase de nucléation par ajout de germes. Des particules moins agrégées et beaucoup plus petites (50nm) ont été ainsi obtenues. (ii) via le contrôle de la croissance par ajout de dodécylamine. Un complexe se forme entre A1H3 et l'agent organique avec départ de H2, permettant d'obtenir des particules de tailles plus homogènes, d'environ 60nm. Par contre, absorbée en très faible quantité à la surface des particules, la dodécylamine ne permet pas de limiter le vieillissement (oxydation) des poudres. L'enrobage des particules par des polymères a ensuite été réalisé par différentes approches : (i) "grafting onto" en 1 étape, consistant à introduire in situ un polymère préformé ; elle a permis d'obtenir des particules hybrides mais leur taille reste supérieure à 100nm et elles sont très oxydées : (ii) "grafting onto" en 2 étapes, les particules ont une taille réduite et sont peu oxydées, mais elles sont pyrophoriques ; (iii) "grafting from" en 2 étapes, elle ne permet pas de contrôler la taille des cristallites, puisqu'il s'agit d'une post-fonctionnalisation mais il a été possible d'obtenir des particules ayant un revêtement polymère dense qui devrait permettre une passivation des particules et dont l'épaisseur peut être contrôlée par le temps de polymérisation
A chemical synthesis to produce aluminum nanoparticles for energetic applications has been developed and optimized. An aluminum hydride is formed and then catalytically decomposed. It has been shown that it is necessary to work under inert atmosphere to minimize the oxidation state of the particles. The control of the morphology of the particles has been obtained through (i) the control of the nucleation phase by addition of seeds. The particles obtained are less aggregated and much smaller (50nm). (ii) the control of the growth phase by addition of dodecylamine. A complex between A1H3 and the organic agent accompanied by a release of H2 is formed, allowing to obtain more homogeneous particlels, qith a mean diameter of 60nm. However, adsorbed in small quantities at the particle surface, dodecylamine do not allow protecting the powders against ageing (oxidation). The particle's coating by polymers is then realized by different approaches : (i) grafting onto in 1 step, consisting in introducing in sity a preformed polymer ; hybrid particles could be obtained by this strategy but they are very oxidized ; (ii) grafting onto in 2 steps, the particles obtained are smaller and they are not much oxidized, but they are pyrophoric ; (iii) grafting from in 2 steps ; it does not allow a control of the crystellites' size as it is a post-fonctionnalization but it was possible to obtain particles covered by a polymeric coating. The thickness of the coating can be tuned by the polymerization duration. It could permit to passivate the particles

Les alliages d'aluminium de la série 5xxx et 6xxx sont des matériaux de choix pour la carrosserie automobile. Le panneau extérieur est généralement en alliage 6xxx et le panneau intérieur en 5xxx. Les deux sont assemblés par sertissage. Le sertissage consiste à replier la tôle extérieure sur la tôle de renfort. Ce procédé peut conduire à des états de surfaces insatisfaisants pour la tôle externe. Ce travail porte sur la caractérisation de la pliabilité des alliages 6xxx. L'influence du taux de manganèse et du temps de traitement thermique de Bake Hardening a été examinée.Les mécanismes d'endommagement d'alliages d'aluminium 6xxx durant l'essai de pliage ont été déterminés expérimentalement et par éléments finis. Les alliages d'aluminium s'endommagent par la formation de bandes de localisation de la déformation à travers l'épaisseur de la tôle. Ces bandes de localisation entraînent la formation d'une ondulation de surface en peau externe, de striction puis fissuration des grains. Les travaux suivants ont été effectués :* quantification expérimentale de la localisation basée sur des observations EBSD,* étude de la localisation de la déformation par un modèle mécanique basée sur la microstructure,* étude de la striction de grains par plasticité cristalline.Les conclusions suivantes ont été tirées :* la texture initiale, de type aléatoire, permet d'expliquer l'initiation de la localisation de la déformation,* la répartition spatiale de la dureté et le taux d'écrouissage en grande déformation sont les paramètres principaux contrôlant la localisation de la déformation,* l'interaction entre premiers grains voisins est responsable de la striction des grains de la peau externe.

L'objectif premier de ce travail de thèse a été de mettre au point une méthode de fabrication (alternative aux méthodes existantes) d'un oxyde d'aluminium en couches minces, de façon très contrôlée et reproductible dans le but d'obtenir un oxyde homogène en épaisseur, en composition chimique et en structure atomique. Le but étant d'employer cet oxyde dans les jonctions tunnels magnétiques (MTJ) qui suscitent un très grand intérêt avec l'avènement de la Spintronique et le prix Nobel de physique décerné en 2007 à Albert Fert et Peter Grunberg pour la magnétorésistance géante GMR.

Cette méthode de fabrication que nous avons baptisée ALDO (Atomic Layer Deposition and Oxidation) consiste à réaliser l'oxyde couche par couche. De façon générale cette méthode consiste à déposer par MBE (molecular Beam Epitaxy) une monocouche atomique de l'élément métallique dont on veut obtenir l'oxyde sur le substrat choisi et ensuite de réaliser une oxydation « douce » à température ambiante par un simple processus de chimisorption de l'oxygène sur la surface. La quantité d'atome d'oxygène étant fixée, l'échantillon est alors recuit dans des conditions de pression ultra-vide (10 - 10T) à des températures intermédiaires. En répétant plusieurs fois ces étapes il est possible de faire croître différentes épaisseurs d'oxyde de façon très contrôlée.

Nous avons étudié la croissance de l'oxyde d'aluminium sur deux substrats différents, un substrat d'argent orienté (111) et un substrat de silicium hydrogéné orienté (100).
L‘étude sur le substrat d'argent a permis la mise au point de la méthode ALDO sur un substrat modèle, que l'on savait peu réactif avec l'oxyde.

Une étude AES/LEED nous a permis, entre autre de calibrer et de contrôler la croissance de l'oxyde ALDO, notamment en fixant les températures de recuit, la pression et le temps d'exposition à l'oxygène.
La combinaison des techniques AES, LEED, EELS, STM, PES, STS a mis en évidence la nature particulière de cet oxyde d'aluminium qui présente une composition, un gap électrique et une morphologie spécifiques.

Les analyses AES ont montré que la signature spectroscopique et la composition de cet oxyde (proche de la composition AlO) sont différentes des couches minces d'alumine de composition Al2O3 largement étudiées par ailleurs. Les mesures de pertes EELS et PES (en rayonnement synchrotron) associées aux mesures STS ont permis de mesurer un gap équivalent aux gaps mesurés dans les films minces d'Al2O3 d'épaisseur équivalente. Le gap mesuré est sur les deux substrats proche de 6,5 et ne varie pas (ou peu) avec les épaisseurs d'oxyde étudiées. L'étude STM nous a permis de vérifier l'homogénéité en épaisseur de cet oxyde avec en particulier la première monocouche d'oxyde qui mouille parfaitement le substrat d'argent. Le caractère très homogène de cet oxyde a été démontré a plusieurs reprises et notamment par l'investigation STM qui nous a permis d'obtenir des images du substrat au travers de l'oxyde et aussi de suivre en direct des processus de diffusion à l'interface de l'argent et de l'oxyde.

L'étude menée sur le substrat de silicium, répondant à un objectif plus appliqué a donné lieu à des résultats encourageants. On a vu que la méthode de réalisation de l'oxyde s'applique très bien pour des substrats de silicium hydrogéné. Le caractère homogène de l'oxyde a été mis en évidence par AFM ou TEM. En effet l'oxyde n'augmente que très peu la rugosité initiale mesurée sur le substrat de silicium et les images TEM présentent une interface silicium oxyde de très grande qualité. On observe que le substrat de silicium, pourtant réactif à l'oxygène, n'est jamais oxydé lors de la croissance de l'oxyde par cette méthode.
Ces couches d'oxyde sont d'une grande stabilité thermique. L'étude menée par AES, SNMS et TEM a montré que les températures de diffusion de métaux ferromagnétiques comme le cobalt dans cet oxyde sont compatibles avec des applications industrielles.

La spectroscopie d'électrons Auger (AES), la microscopie électronique en transmission (TEM), la diffraction d'électrons lents (LEED) et la microscopie à effet tunnel (STM) ont été utilisés pour étudier la croissance et les propriétés physico-chimiques de films ultra minces d'oxyde d'aluminium réalisés sur Si(100) et Ag(111). Ces oxydes ont été réalisés par une méthode spécifique dite ALDO (Atomic Layer Deposition and Oxydation), qui consiste à croître l'oxyde couche par couche. Cette méthode donne naissance à un oxyde artificiel qui présente de nombreuses spécificités et fait de cet oxyde un bon candidat pour les applications en microélectronique et notamment dans les mémoires magnétiques de type MRAM
Using different techniques of investigation (AES, LEED, STM, HR-TEM, EELS and PES) we have developed an original process, which consists to grow the aluminuim oxide layer by layer. This procedure so-called Atomic Layer Deposition and Oxidation (ALDO procedure) allows to get an artificial oxide film perfectly homogeneous in depth and chemical composition as well. Several properties like gap measurement, stoichiometry, surface morphology and electrons transport allows to mind that oxid could be in good agreement with microelectronics applications (Magnetic Tunnel Junction and Magnetic memories)

La protection cathodique, par anodes sacrificielles, de nouvelles nuances d'acier utilisees en construction navale pose des problemes de couplage. Il est en effet necessaire de limiter les potentiels de protection pour empecher le phenomene de fragilisation par l'hydrogene de ces aciers. Dans ce but, de nouveaux alliages ternaires al-zn-ga sont etudies pour combler l'incapacite a resoudre ces problemes, des alliages utilises classiquement comme anodes. Ce travail fait apparaitre l'influence des transformations de phases sur le comportement electrochimique d'alliages al-zn-ga utilises pour la fabrication d'anodes sacrificielles. Pour cela, une etude du diagramme de phases ternaire al-zn-ga a ete menee par la methode des coupes isoplethiques. L'etude a permis d'identifier deux reactions invariantes ternaires et de mettre en evidence l'existence d'un domaine de solution solide ternaire a solubilite retrograde en gallium. Un phenomene similaire dans le diagramme de phase ternaire al-zn-sn (importante miscibilite retrograde en etain) a ete egalement confirme. Nous avons donc souligne des similitudes etroites entre les deux diagrammes al-zn-ga et al-zn-sn. La connaissance des equilibres stables et metastables dans le diagramme al-zn-ga a permis de definir des traitements thermiques qui conditionnent, a temperature ambiante, la presence ou l'absence de gallium en phase liquide dans les alliages. L'augmentation de la depassivation des alliages a ainsi ete constatee lorsque le gallium est en phase liquide. L'etude du diagramme de phases al-zn-ga a egalement permis de determiner la valeur de la solubilite du gallium dans la solution solide riche en aluminium. Malgre sa valeur elevee, les rendements de dissolution des anodes sont mediocres en raison de segregations dans ces alliages

Cette étude porte sur l'application de la tomographie a rayons X pour le contrôle et la caractérisation des alliages d'aluminium et leurs composites. Le travail propose permet de fournir une meilleure compréhension de l'interaction entre les photons X et la matière afin d'interpréter convenablement les résultats obtenus par cette technique. A ce propos, nous présentons dans la première partie un bilan théorique de l'interaction entre les photons X et la matière. Puis, nous analysons les différents paramètres qui interviennent dans la reconstruction d'une image afin de proposer une méthodologie d'utilisation de l'appareil médical dans le domaine industriel. La seconde partie de l'étude a consisté à étudier quelques applications industrielles appartenant à la production et à la recherche dans cette discipline. Les résultats montrent qu'à l'échelle macroscopique le scanner apporte des renseignements importants pour la détection des défauts de fonderie et l'analyse dimensionnelle. A l'échelle mésoscopique il est aussi utile pour la mise en évidence de la distribution des renforts et des porosités. Finalement, il a été montré par des essais de déformation plastique, que la résolution du scanner permet de distinguer la taille des grains et la texture des échantillons
This study deals with the application of x-ray tomography to the control and characterization of aluminum alloys and their composites. The proposed work provides a good understanding of the interaction between x-ray - material, giving more information for accurate results. Thus, a theoretical assessment of the interaction between the x-ray and the material is presented during the first part of the thesis. Afterwards, different parameters related to the slice reconstruction were analyzed to propose an utilization methodology of the medical scanner in the industrial field. The second part of this research consisted in studying applications related to the industrial production and to the research on this field. Some of the results showed, at macroscopic level, that the scanner provides significant information for the cast defects detection and for the dimensional analysis. At mesoscopic level, the distribution of reinforcements and porosities can be highlighted. Finally, it has been shown by plastic deformation tests; that the scanner resolution makes it possible to distinguish samples grain size and texture

La conception de matrices pour l'extrusion de profilés en aluminium est une opération cruciale pour le processus d'extrusion. Traditionnellement, le concepteur de matrices crée une nouvelle matrice en se basant sur son expérience et en employant l'esquisse du profil souhaité. En ingénierie concourante, la connaissance de conception des matrices devrait être partagée dans une base de données centrale pouvant être consultée par les opérateurs ayant une action sur la matrice pendant son cycle de vie. Pour un tel travail coopératif, une structure client serveur pilotée sous une technologie d'échange CORBA est présentée. La conception des matrices est alors le résultat de la synergie entre toutes les vues des opérateurs et des connaissances stockées dan le système informatique. L~,s objectifs de cette recherche sont de développer un outil d'aide à la conception de matrice d'extrusion en aluminium dans un contexte de conception intégrée prenant en compte l'évaluation des coûts de la pièce extrudée
Aluminium extrusion die design is one of the crucial areas of aluminium hot extrusion process. Traditionally, the die designer creates a new die based on his/her previous experiences and skills by using sketching on blue print or CAD drawing that is not weIl defined and cannot share information to other departments. Ln concurrent engineering philosophy, die design knowledge should be shared in central database and related department operators can access it concurrently. Furthermore, the die designer knowledge integration and cooperative work each design phase among die design team members would be discussed. Ln order to support cooperative design, the CORBA technology is presented. The knowledge of die design is stored in the computer system and we can use it to design a die. The objectives of this research are development the tools in order to help a die designer design an extrusion die based on integrated design and to evaluate the process cost of the extrusion workpiece

Cette thèse évalue le potentiel des alliages AlGaNAs en tant que couche active pour la quatrième jonction à ~1 eV de cellules photovoltaïques multi-jonctions III-V. L’introduction d’une faible quantité d’aluminium (Al, <15%) augmente de façon significative l’efficacité d’incorporation de l’azote (N), tout en distribuant de façon plus homogène les atomes de N dans la couche, réduisant aussi la densité d’agrégats. Une optimisation de la température de croissance démontre que la région optimale se situe entre 400°C et 440°C. Dans cette gamme, la concentration de N est maximisée tandis que la qualité cristalline de la couche épitaxiée est optimisée tout en préservant un mode de croissance 2D et une faible rugosité de ~1 nm. La bande interdite des alliages d’AlGaNAs est mesurée par transmission optique. Ces mesures révèlent que l’AlGaNAs suit le modèle théorique du modèle de croisement de bandes, ou band anticrossing et que son bandgap diminue quand la concentration de N augmente. La bande interdite est réduite jusqu’à ~1.22 eV pour des concentrations respectives d’Al et de N de ~15% et ~3.4%. Les défauts présents dans le GaNAs avec ~0.4% de N sont étudiés, révélant trois défauts peu profonds à 116, 18 et 16 meV, attribués à des contaminations en H et en C, et deux pièges profonds à 0.21 eV et 0.35 eV, attribués à des complexes N-H et à des antisites AsGa respectivement. Les mesures électriques de l’AlGaNAs démontrent que le recuit améliore la mobilité des trous et des valeurs de ~60 cm2/Vs avec ~5% d’Al et ~0.5% de N et ~6 cm2/Vs avec ~10% d’Al et ~2% de N sont obtenues. Les mesures optiques de photoluminescence obtenues sur des couches d’AlGaNAs crues sur un substrat de GaAs semi-isolent de 65 µm d’épaisseur révèlent un pic à ~920 nm attribué a un défaut radiatif qui ne semble pas être affecté par un changement dans la concentration d’Al ou de N, ni même par un recuit. Des mesures SIMS révèlent la présence de contaminants C, H et O dans les couches, qui dégradent les performances optoélectroniques des alliages AlGaNAs. Cette thèse démontre le bon potentiel de l’AlGaNAs pour les cellules photovoltaïques. Il est toutefois important de réduire la concentration de contaminants dans la couche pour obtenir un matériau adéquat.

Les travaux de cette thèse portent sur l'élaboration de revêtements hybrides, exempts de Cr(VI), multifonctionnels innovants pour la protection contre la corrosion de l'alliage d'aluminium AA2024-T3. Le choix s'est porté sur une matrice sol-gel à base d'organoalkoxysilane, d'alkoxyde d'aluminium et d'un inhibiteur de corrosion. L'effet de la concentration de chaque précurseur a été étudié en estimant les performances anticorrosion des revêtements obtenus à l'aide du test du brouillard salin neutre (BSN) et de la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE). Ces résultats ont été ensuite complétés par des analyses RMN de xérogels pour corréler les performances anticorrosion à la structure chimique des revêtements. Ensuite des travaux sur la synthèse et la caractérisation de nanoparticules de boehmite préparées selon la méthode de Yoldas ont été discutés. Ces nanoparticules ont été modifiées par physisorption de l'inhibiteur de corrosion. La SIE a permis de démontrer que les nanoparticules ainsi modifiées sont bien des nanoréservoirs d'inhibiteur de corrosion. Dans la dernière partie de ce travail, l'élaboration de revêtements multifonctionnels est abordée de deux façons : tout d'abord en proposant une architecture originale pour de nouveaux revêtements présentant à la fois des nanoréservoirs d'inhibiteur de corrosion et une surface hydrophobe, puis enfin en obtenant des revêtements anticorrosion colorés. Ainsi des revêtements présentant une architecture originale et innovante ont été mis au point permettant de relever le défi du cahier des charges établi par les partenaires industriels
This thesis focuses on the development of innovative multifunctional hybrid coatings, free of Cr(VI), for protecting aluminum alloy AA2024-T3 against corrosion. The sol-gel innovative matrix is based on organoalkoxysilane, aluminum alkoxide and a corrosion inhibitor. The effect of the concentration of each precursor has been studied by measuring the anticorrosion performances of the coatings with the neutral salt spray test (NSS) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Afterwards these results were corroborated by NMR analysis of xerogels to correlate corrosion performance with the chemical structure. The synthesis and characterization of boehmite nanoparticles were prepared according to the Yoldas method. These nanoparticles were modified by physisorption of the corrosion inhibitor. By EIS we have demonstrated that modified nanoparticles act as nanocontainers of corrosion inhibitor. In the last part of this work, the development of multifunctional coatings is approched in two ways: firstly, by providing an original architecture for new coatings displaying both corrosion inhibitor nanocontainers and a hydrophobic surface. Secondly by getting colored anticorrosion coatings. In conclusion coatings with an optimal and innovative original architecture have been engineered to satisfy the requirements established by the industrial partners

Cette etude concerne la simulation numerique de suspensions d'hydroxyde d'alumine dans des cristalliseurs industriels par des approches lagrangienne et eulerienne. Dans le premier chapitre, l'analyse bibliographique porte sur le procede bayer d'attaque alcaline des bauxites et sur les suspensions d'hydroxyde d'alumine. Les connaissances en agitation mecanique et plus particulierement en agitation solide-liquide sont presentees. Le chapitre ii decrit les dispositifs experimentaux utilises sur le site industriel de pechiney gardanne et dans le laboratoire de genie chimique de toulouse. L'outil numerique et les differents modeles diphasiques sont analyses. Le troisieme chapitre traite de la simulation monophasique par boite noire des ecoulements dans le cristalliseur. La velocimetrie doppler a laser permet de caracteriser les agitateurs. Les ecoulements dans la cuve haute multi-etagee sont detailles. L'influence des modeles de turbulence et des conditions limites est etudiee. Le chapitre iv expose l'approche lagrangienne. La trajectographie est presentee dans le cas d'une cuve standard equipee d'une turbine de rushton. Cette technique est ensuite appliquee au cas de notre suspension solide-liquide. Le parametre s servant au calcul de la vitesse minimale de mise en suspension est calcule. La performance du systeme d'agitation lors de la mise en suspension est ainsi definie. Le chapitre v presente les resultats numeriques par l'approche eulerienne. Les ecoulements et les champs de fraction volumique sont determines en fonction des conditions de fonctionnement. L'influence de la vitesse de rotation, de la matiere seche moyenne, du diametre moyen des particules et du debit de transfert entre les cristalliseurs est etudiee. Ces resultats permettent de comparer plusieurs configurations industrielles. Le systeme d'agitation est optimise d'un point de vue energetique. Enfin, la loi d'extrapolation dans le cas de ces milieux denses est verifiee.

Ces travaux concernent la mise au point d’un procédé de synthèse de couches minces à basse température d’un matériau diélectrique à forte conductivité thermique pour la passivation de composants HEMT GaN hyperfréquence de puissance. A l’heure actuelle, les performances des composants HEMT (High Electron Mobility Transistor) GaN, bien que très supérieures aux performances des HEMT GaAs, sont directement limitées par la résistance thermique du dispositif. L’intégration d’un matériau de passivation à forte conductivité thermique devrait permettre de diminuer la résistance thermique des composants et d’accroître leurs performances. Le procédé magnétron a été choisi pour sa compatibilité avec les contraintes de température imposées par les technologies de la microélectronique. Notre étude s’est orientée sur l’optimisation de la croissance de films minces de nitrure (AlN et BN) et leur caractérisation structurale par DRX, FTIR, SAED et HRTEM. Le procédé de dépôt a été caractérisé par sonde de Langmuir et analyses OES. Dans le cas de l’AlN, nous avons mis en évidence l’effet prépondérant de la configuration du champ magnétique sur la qualité structurale des films. Un tel contrôle du procédé a permis d’obtenir une croissance épitaxiale de l’AlN sur AlGaN. Les propriétés thermiques des films ont été déterminées grâce au développement d’une méthode de mesure originale bien adaptée à la caractérisation des couches minces. Celle-ci nous a permis de mettre en évidence la corrélation entre les valeurs de conductivité thermique et les caractéristiques des films. In fine, une conductivité thermique de 170 W. K-1. M-1 a été obtenue pour les films d’AlN
This work is dedicated to the development and the optimization of a low temperature (<300°C) thin film deposition process. The targeted material is a nitride dielectric (AlN, BN) with a high thermal conductivity dedicated to the passivation of high power high frequency HEMT GaN devices. Nowadays, the GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) performances are directly limited by their thermal resistance. The integration of a dielectric material with a high thermal conductivity is expected to improve the thermal behavior of the device and to increase their performances. The magnetron sputtering has been chosen for its compatibility with microelectronic processes. This study addressed first an in depth study of magnetron sputtering deposition process for thin films (AlN and BN) and second a extended study of the physico chemical properties of the obtained thin films using XRD, FTIR, Raman spectroscopy, SAED and HRTEM. The magnetron sputtering process was study by Langmuir probe measurement and Optical Emission Spectroscopy. In the case of AlN films, we highlighted the first order effect of the magnetic field configuration on the film properties. Such a process control allowed obtaining an epitaxial growth of AlN films on AlGaN substrate at temperature below 250°C. The thermal properties of the thin films were investigated using an original electro-thermal measurement method well adapted to thin films. Such studies allowed underlining the relationship between thermal conductivity and thin film microstructure and to reach a further optimization of the thermal properties of AlN thin films up to 170 W. K-1. M-1

Le durcissement structural est une voie largement utilisée dans le secteur aéronautique pour répondre aux exigences à la fois d'amélioration des propriétés mécaniques des alliages métalliques et d'allègement de structure. Dans les alliages Al-Li-Cu de la série 2000, le durcissement structural est assuré par la présence des précipités T1 (Al2LiCu) qui modifient localement la matrice cristalline d'aluminium qui les entoure. La compréhension des micromécanismes de déformation, qui nécessite la connaissance des interactions des dislocations avec ces phases durcissantes, impose donc une caractérisation précise des champs de déformation. Dans cet objectif, nous avons développé une approche expérimentale adossée à des modélisations. A partir d'analyses en microscopie électronique en haute résolution (MEHR), couplées à des analyses dites " des phases géométriques " (GPA), une méthode de mesure des champs de déformations suivant trois directions de l'espace est proposée. Nous avons ensuite modélisé les précipités par deux dislocations dissociées parfaitement identifiées de type a/6 <112> qui participent au mécanisme de croissance des phases T1. Par ailleurs, nous avons développé plusieurs modèles basés sur la théorie des dislocations et sur la résolution des équations de la micromécanique dans le réseau réciproque en élasticité linéaire et isotrope, afin de reproduire les champs de déformations induits par les phases durcissantes dans la matrice d'aluminium. Cette approche, couplée à nos observations en MEHR, nous a permis de proposer une description des champs de déformation en extrémité de précipité en accord avec l'expérience
In aeronautics, structural hardening is one of the best ways to improve mechanical properties of metal alloys and to make the structures lighter. The structural hardening of the Al-Li-Cu alloys of the 2000 series is due to T1 precipitates (Al2CuLi) which modify locally the matrix which surround them. To understand the mechanism of deformation at a micro scale, we need to know the interactions between dislocations and hardening phases. Consequently, a precise characterization of strains is required. To do that, experimental techniques, which are supported by models, have been developed. Using high resolution electronic transmission microscopy (HREM) and geometrical phase analysis (GPA), a method is proposed to measure strains in three directions of the space. Then, the precipitates were modeled by two dissociated dislocations which are perfectly identified as a/6<112>. The growth mechanism of T1 phases is based on the presence of these dislocations. Other models have been developed to reproduce the strains created in the matrix by the precipitate. They are based on the dislocation theory and the resolution of the equations of micromechanics in the reciprocal space using isotropic and linear elasticity. By employing those models, we are able to propose a description of the strains near the tips of precipitates which is in agreement with the HREM observations

Toute nouvelle entité chimique doit être scrupuleusement évaluée au niveau de la toxicité. Des efforts continuels sont entrepris afin d'améliorer les procédures de tests, de telle sorte que les estimations de toxicité puissent être effectuées plus tôt et de façon plus précise. Prédire la toxicité compte pour une large part dans l'amélioration des contrôles de sécurité, mais pour qu'il en soit ainsi, des méthodes simplifiées sont toujours exigées. Le foie par ses différentes activités enzymatiques est une source importante de risque de toxicité causée par les espèces intermédiaires famées lors du métabolisme de certains xénobiotiques, il est donc primordial d'évaluer la toxicité hépatique potentielle. Isolés du foie, les microcosmes conservent les propriétés métaboliques de cet organe responsable pour une large part, du métabolisme des drogues. Cette thèse suggère un développement rapide à moindre coût, de biocapteur pour la détection de la toxicité et du stress oxydant. Les membranes alumine poreuses sont des supports favorables pour la constitution de biocapteur, et sont également utiles pour la conception de bioréacteurs à enzymes immobilisées. Leur rapport surface/volume très élevé permet des temps de séjour courts (volume/flux de circulation) grâce au microenvironnement correspondant à un faible volume de solution réactive en contact avec un film enzymatique de grande surface. Les biocapteurs sont intéressants pour le dépistage de produits chimiques à haut risque de toxicité, dès les premières étapes de leur développement commercial, puisqu'ils peuvent être utilisés pour réduire le nombre de candidats aux bio-tests standards. Dans la première partie de cette thèse, les microsomes hépatiques du rat ont été adsorbés sur des membranes microporeuses d'oxyde d'aluminium. Par circulation au travers de la membrane alumine, les microsomes se fixent par absorption physique. Différentes activités enzymatiques du cytochrome P450, réductases et microsomes glutathion-S-transférase (mGSTI) ont été caractérisées, montrant que ce réacteur peut être utilisé pour tester le métabolisme de xénobiotiques. Les membranes avec les microsomes immobilisées peuvent être réutilisées pour tester un même ou différents substrats, après lavage à l'aide d'un tampon approprié. Un temps de stockage long (à -20°C) des microsomes immobilisés n'a pas perturbé leur activité. L'objet du deuxième partie était d'apporter des réponses à quelques questions de bases liées au fonctionnement des mGST 1 en utilisant des réactifs chimiques déjà connus, pour provoquer des stress oxydant, que ce soit directement, ou après bio-activation à travers le P450 (NADPH métabolisme dépendant). Cet aspect a fourni un aperçu pour l'utilisation du mGSTI en tant que marqueur substitutif du stress oxydant dans des applications de biosensing. Ce type de procédure permet de passer en revue les composés de molécules qui subissent une bio activation des métabolites réactives, comme il a été démontré en utilisant l'acétamophène (AP), susbstance de référence, qui mettent en exergue plus que deux volets d'augmentation de mGSTI après NADPH de métabolisme dépendant. Nous avons observé si l'adduction de glutathion a été déclenchée sachant que ce métabolite est utilisé en tant que repère pour la formation d'adduction de benzoquinone toxique (NAPQI) by LC-MSS. L'analyse HPLC de la réaction moyenne après être passée par le réacteur a présenté un pic avec le même temps de rétention comparé aux nomes. Le rapport masse charge et le modèle de fragmentation obtenu grâce à la spectrométrie de masse permet de confirmer la formation d'adductions de glutathion. Ainsi, il a aussi prouvé que la mise en évidence de mGSTI était due à la métabolisation de AP par P450. Dans la troisième partie, les microsomes ont été immobilisés sur les membranes alumines activées par des silanes. Dans le but d'obtenir une compréhension quantitative des effets de la croissance du film microsomal avec activité enzymatique, nous avons relié l'activité hydroxylase pour le parasnitrophénol (pNP) des microsomes, à la quantité de microsomes immobilisés. La membrane d'alumine a été placée dans un dispositif fluidique, avec un écoulement rapide, permettant un temps de rétention court de l'ordre de quelques secondes, et un taux de transformation du pNP en para-nitrocatéchol (pNC) suffisant pour une détection LC-MS/MS malgré une activité assez faible du CYP2E1 dans les microsomes. Les membranes d'alumine avec les microsomes immobilisés de façon covalente ont pu être utilisées à plusieurs reprises sur une période de deux mois sans perte d'activité. Le dernier chapitre de cette étude a été consacré à l'immobilisation covalente de p450 recombinant couplée à la régénération enzymatique (Glucose-6-phosphate déshydrogénase) in situ du cofacteur (NADPH). Le cytochrome CYP2E1 a été choisi pour ses propriétés métaboliques et parce qu'il est susceptible de produire de nombreuses substances réactives. De plus, in vivo le taux de CYP2EI augmente lorsque l'organisme est soumis à certaines conditions physiologiques ou pathologiques. Le CYP2E1 est un générateur important d'espèces oxygénées réactives, avec pour conséquences, stress oxydant et une toxicité. Par conséquent, la connaissance des métabolites de nouvelles drogues est toujours exigée en présence d'un taux élevé de CYP2E1. Un réacteur a été conçu avec la Glucose-6-phosphate-déshydrogénase, immobilisée sur une première membrane, permettant la régénération du NADPH utilisé pour l'activité catalytique du P450 immobilisé sur une seconde membrane. Un tel modèle peut mener au développement de diverses plateformes de réacteurs miniaturisés, pour des tests hétérogènes en cascade
All new chemical entities that are produced have to be carefully evaluated in te=s of toxicity. Efforts are continuously being made to improve test procedures so that predictions of toxicity can be made earlier and more accurately. Predicting toxicity is an important part of improving safety assessment, but for this, simplified methods are always demanded. The liver is a frequent target of xenobiotic-induced toxicity and it is of great importance to assess potential hepatotoxicity. Derived from the liver, microsomes retain the metabolic properties of the liver, the organ largely responsible for drug metabolism. This thesis has addressed the development of rapid and inexpensive biosensors for chemical toxicity and oxidative stress. Porous alumina membranes are attractive materials for the construction of biosensors and also have utility for the production of immobilized enzyme bioreactors because of high surface to volume ratio, sort residence time (volume/flow rate) and microenvironment (confinement of small volume of reactive solution by huge enzymatic film). In first part of this thesis, rat heptic microsomal films were adsorbed on microporous alumina membrane by pumping through the charnels of alumina membrane where it became immobilized by physical adsorption. This biocatalytic membrane was subjected to accesse the presence of characteristic functional enzymes. Interestingly, microsomal modified supports can be re-utilized for the sme or different substrate after washing with appropriate buffer. Long te= storage (-20°C) of the immobilized microsome had not disturbed their activities. Different enzymatic activities of cytochrome P450, reductases and microsomal glutathione-S-trmsferase (mGST1) have been detected suggesting that this reactor may be useful for accessing the drag' metabolic properties. Second part was dedicated to answer some of the basic questions related to functionality of mGST1 as a sensor of toxicity in immobilized state using reactive chemical already known to induce oxidative stress either directly or after bioactivation through P450 (NADPH dependant metabolism). This aspect provided the insight for the use of mGST1 as a surrogate marker of oxidative stress in biosensing applications. This type of setup aliows screening of compounds that undergo bioactivation to reactive metabolites as being demonstrated using acetaminophen (AP) as a model drug which showed more than two fold increase in the activities of mGST1 after NADPH dependant metabolism. We exmined whether the glutathione adducts were produced, since this metabolite is used as a marker for the formation of the taxie benzoquinoneimmine (NAPQI) adduct by LC-MSS. The HPLC analysis of the reaction medium after passing through the reactor showed the peak with same retention time when compared to standard. The mass to charge ratio and fragmentation pattern obtained from mass spectrometry permit to confirm the formation of glutathione adduct by reactor. Thus, it also proved that enhanced activities of mGST1 were due to metabolism of AP by P450. In the third part of the study, microsomes were adsorbed to alumina membrane activated by silane. In an effort to gain a quantitative understanding of the effects of microsomal film growth on enzyme activity, we compared the para-nitrophenol (pNP) hydroxylase activity of the microsomes by varying the amount of microsomes fixed in alumina mieroehels. The alumina membrane was placed in a fluidic device at a fast flow which affords short residence time in seconds to get transformation of the pNP to 4-nitrocatechol (4NC) detected by LC-MSS. This enabled the use of this bioreactor where CYP2E1 activity is low and tissue sources are very limiting. The microsome has been successfully immobilized on alumina membrane and used to produce stable biocatalytic reactors that can be used repeatedly over a period of 2 months. Last part of the study was attributed for the covalent immobilization of recombinant P450 and in situ regeneration of cofactor (NADPH) by enzymatic means (Glucose-6-phosphate dehydrogenase). For this purpose Cytochrome CYP2E1 has been chosen because it metabolises and activates many substrates to more reactive products. Moreover, level of CYP2E1 is elevated under a variety of physiological and pathological conditions. CYP2E1 is an effective generator of reactive oxygen species consequently leading to oxidative stress and toxicity. Therefore the screening of new drug entries for CYP2E 1 is always demanded. Miniaturized heterogeneous membrane reactor was designed for enzyme reactions where first membrane was regenerating the cofactor and second one was utilizing it for P450 based catalysis. To simplify the technology, modified membranes were placed in a filter holder and the reaction was perfomed by loading of substrate solutions into inlet using syringe pump. Such a model system can lead to the development of various miniaturized reactor platforms for heterogeneous assays in cascade

Il y a un intérêt croissant pour les systèmes d'énergie solaire concentrée (CSP) qui peuvent fonctionner à des températures supérieures à 1000 °C afin d'optimiser leur efficacité. L'un des défis consiste à définir un matériau récepteur qui sera soumis à un chauffage à haute température dans l'air. Contrairement aux revêtements utilisés dans les turbines à gaz, le ou les systèmes revêtement(s)/substrat doivent avoir une conductivité thermique élevée pour assurer un transfert thermique optimal vers le fluide. Les revêtements de nitrure d'aluminium (AlN), déposés par dépôt chimique en phase vapeur à 1100-1200 °C à une vitesse de croissance de 10-50 µm·h-1, sont choisis pour leur conductivité thermique élevée, leur faible coefficient de dilatation thermique, leur stabilité thermique élevée et leur capacité à développer des couches stables d'alumine au-dessus de 1000 °C. Les alliages à base de molybdène sont choisis comme substrat pour leurs excellentes propriétés thermiques et mécaniques. Les alliages à base de fer formant des couches d'alumine sont également choisis comme substrats modèles pour étudier le potentiel de ces revêtements et réduire le nombre de paramètres lors de l'oxydation. Des tests accélérés d'oxydation cyclique et des mesures d'émissivité permettent d'évaluer les revêtements AlN comme matériaux pour les récepteurs CSP haute température. Les systèmes multicouches présentent une faible dégradation après des centaines de cycles thermiques à 800 °C dans l'air et peuvent supporter des températures plus élevées (1100 °C) pendant 100 à 500 h selon l'épaisseur du revêtement. Néanmoins, l'oxydation cyclique rapide dans les fours solaires conduit à des fissures dans les revêtements. Un modèle analytique est développé pour étudier l'évolution des contraintes dans le(s) système(s) revêtement(s)/substrat. Les résultats calculés sont en bon accord avec les données expérimentales. Les mesures des propriétés optiques révèlent une diminution de l'absorptivité après oxydation pour les revêtements AlN, mais une augmentation significative de l'absorptivité lorsque un revêtement de SiC est ajouté comme couche de finition
There is an increasing interest for concentrated solar power (CSP) systems which can work at temperatures higher than 1000 °C to optimize efficiency. One of the challenges is to design the receiver that will be heated at high temperature in air. Compared to coatings in gas turbine engine, the coating(s)/substrate system must have a high thermal conductivity to ensure a good heat transfer to the fluid. Aluminum nitride (AlN) coating, deposited by chemical vapor deposition at 1100-1200 °C at a growth rate of 10-50 µm·h-1, is selected for its high thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, high temperature stability and its ability to develop stable alumina scales above 1000 °C. Molybdenum-based alloys are selected as substrate materials for their excellent thermal and mechanical properties. The alumina-forming iron-based alloys are also chosen as model substrates to reduce the influencing parameters in real-life receivers and to study the potential of these coatings. Accelerated cyclic oxidation tests and emissivity measurements allow the evaluation of AlN coatings as materials for high temperature CSP receivers. The multilayered systems exhibit low degradation after hundreds of thermal cycles at 800 °C in air and can support higher temperatures (1100 °C) for 100 to 500 h depending on the coating thickness. Nevertheless, the fast cyclic oxidation in solar furnace leads to cracks through the coatings. An analytical model is developed to study the stress evolution within the coating(s)/substrate system. Calculated results are in good agreement with experimental data. The measurements of the optical properties reveal a decrease of absorptivity after oxidation for AlN coatings, but a significant increase of absorptivity when SiC coating is added as a top layer

Ayant pour but d'améliorer la conception en fatigue multiaxiale de structures soudées en alliage d'aluminium, cette étude concerne d'abord la caractérisation du matériau, composition chimique, résistance à la traction et à la fatigue uniaxiale. Les résultats des essais uniaxaiaux ont montré que les fissures s'amorcent souvent au pied de cordon dans la ZAT de la structure soudée. Un matériau "structure équivalente" a été simulé par un traitement thermique en contrôlant la structure microscopique et la dureté. Un banc d'essai complexe pour des essais biaxiaux a été mis en place. Nous avons effectué des essais biaxiaux (en phase, hors phase) sur des éprouvettes de "structure équivalente" (simulant la ZAT) et des éprouvettes d'assemblage soudé. Grâce aux mesures des contraintes résiduelles au pied de cordon des assemblages soudés, et des mesures des désalignements, nous avons pu en tenir compte durant la simulation. La comparaison entre le prédiction selon les critères et les résultats expérimentaux nous a permis de choisir les meilleurs critères pour cet alliage d'aluminium. Après avoir analysé les critères, des modifications et propositions sur les critères ont permis d'obtenir de meilleures prédictions.

L'objectif de cette etude est d'etablir le domaine de validite et d'applicabilite du modele elasto-viscoplastique developpe par abouaf en mise en forme a chaud de poudres plastiquement deformables. Celui-ci considerant la densite relative comme seul parametre intrinseque du materiau, nous avons cherche a connaitre l'influence de la granulometrie ou de certaines proprietes mecaniques du materiau dense sur la rheologie de la poudre. Nous avons donc mene une etude experimentale du comportement mecanique de poudres analogiques et d'alliages d'aluminium de differentes granulometries (au4sg-2014). Une serie d'essais en compression simple a permis l'identification de leurs parametres rheologiques. Ces valeurs sont indispensables dans le cadre de simulations numeriques, dont les resultats pour une compression dometrique a froid ont ete compares aux mesures experimentales. Parallelement, nous avons mene une serie d'investigations microscopiques sur l'evolution de la poudre d'aluminium lors des differentes etapes de mise en forme d'une piece industrielle par forgeage a chaud, avec simulation numerique de celles-ci. Nous avons ainsi pu verifier la necessite de tenir compte du rearrangement interparticulaire ainsi que de certaines caracteristiques de la poudre pour la determination de sa rheologie dans le cadre du modele utilise

La taille de la zone plastique en pointe de fissure dans un matériau est directement liée au facteur d’intensité de contrainte pour une configuration donnée. Cette étude utilise la technique d’indentation avec une très faible charge afin d’étudier la taille de la zone plastique cyclique et monotone au voisinage de la fissure. La zone plastique est caractérisée par la relation entre la dureté, le module réduit, le travail élastique, le travail plastique, l’indice de plasticité et la distance par rapport à la pointe de fissure. Les essais sont menés sur une éprouvette CT pour un alliage d’aluminium 2024T351. Dans une étude complémentaire, le contour des zones plastiques en fond de fissure en mode mixte, le rayon minimum de zone plastique (MPZR) et la direction de la fissure initiale pour l’alliage d’aluminium 2024T351 sur un “Compact Tension spécimen” est déterminé en utilisant le logiciel Matlab. Nous avons calculé la forme, la taille de la zone plastique au fond de fissure, le rayon minimum de la zone plastique par rapport à l’angle de chargement et le facteur d’intensité de contrainte en utilisant le critère de Von Mises. L’étude est effectuée pour les divers angles de chargement. Nous avons constaté que le chargement en mode mixte (13 = 600) est le plus néfaste pour le matériau
The plastic zone size associated with a propagating crack in a material is directly related to the stress intensity factor for a given configuration. This work utilizes the ultra-low-load indentation techniques to study the cyclic and monotonic plastic zone size at the fatigue crack tip based on the relationship between the hardness, elastic work, plastic work, plasticity index and the distance from the crack tip. The study is conducted essentially on the aluminium alloy 2024T351. In a second part of this work, we study the contour of mixed mode crack-tip plastic zones, the minimum plastic zone radius (MPZR) and the direction of initial crack for the aluminium alloy 2024T351 in a Compact tension specimen by using Matlab software. We have computed the shape, size of plastic zone at crack-tip and the minimum plastic zone radius with respect to the loading angle and stress intensity factor in linear elastic fracture mechanics for plane strain condition according to Von Mises yield criteria, the study is conducted for various loading angle. We found that the mixed mode loading (F36O°) can lead to earlier material fracture earlier than any other biaxial loading

Un nouvel alliage d’aluminium à haute tenue en température et bonnes propriétés électriques a été mis au point. Sa microstructure a été caractérisée à très fines échelles afin de parvernir à corréller celle-ci à ses propriétés physiques (mécaniques et électriques) et ainsi obtenir des propriétés phyisiques optimales en modifiant la microstructure de l’alliage. La microstructure de cet alliage a également été modélisée afin de prévoir son évolution et donc l’évolution de ses propriétés physiques en fonction du temps. Enfin, en reliant les caractérisations et la modélisation, il a été possible de calculer des données thermodynamiques encore inconnues pour cet alliage
New aluminium alloy had been developed for electrical cable application. This alloy has good mechanical properties at high temperature, and also good electrical properties. Its microstructure had been characterized at atomic scale with the goal to link microstructure and physical properties. Thanks to this correlation, microstructure was adjusted to optimize the physical properties of this alloy. Microstructure of the alloy was also modelized to predict the evolution of physical properties with time. Finally, linking characterization and modelling, thermodynamical datas had been determined. These datas was unknown for this particular alloy and could be useful for the future