En réponse aux exigences de la réglementation REACH qui prévoit que les substances à base de chrome hexavalent devront être soumises à autorisation dès 2017, les industriels du secteur aéronautique mènent depuis plusieurs années des activités de recherche et développement de nouveaux procédés de traitement de surface moins néfastes pour l’environnement et la santé. Le travail prévu dans le programme de recherche NEPAL (NouvellEs Protections des ALuminiums) s’inscrit dans cette dynamique. Les traitements mettant en oeuvre des composés à base de Cr(VI) sont destinés à disparaître dans un proche avenir ; ainsi de nouvelles formulations ont été développées parmi lesquelles des procédés de conversion à base de chrome trivalent. Le projet de thèse vise à renforcer la robustesse de ces procédés en apportant des éléments de compréhension pour ce qui concerne la tenue à la corrosion des alliages d’aluminium revêtus de couches de conversion au chrome trivalent en relation avec leur état microstructural. Les travaux de thèse ont été développés sur une nuance d’alliage d’aluminium 2024, parmi celles les plus utilisées dans le secteur aéronautique. Plusieurs microstructures ont été considérées dans le but de modifier la distribution en éléments d’alliages majoritaires, le cuivre et le magnésium. La caractérisation fine de la microstructure et l’évaluation de la réactivité des échantillons dans les différents bains de traitement de conversion ont permis de mettre en évidence l’influence de la répartition du cuivre dans l’alliage, élément néfaste pour la croissance des couches de conversion lorsqu’il se trouve sous forme de précipités fins. Finalement, l’étude de deux tôles d’alliage d’aluminium d’épaisseurs différentes met en évidence l’influence de nouveaux paramètres microstructuraux tels que les joints de grains ou la précipitation grossière. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet FUI NEPAL. Le CIRIMAT a été financièrement soutenu par le Ministère de l’Économie et de l’Industrie français (BPI-France), la Région Occitanie Pyrénées-Méditerranée et l’Union Européenne (FEDER/ERDF).

En réponse aux exigences de la réglementation REACH qui prévoit que les substances à base de chrome hexavalent devront être soumises à autorisation dès 2017, les industriels du secteur aéronautique mènent depuis plusieurs années des activités de recherche et développement de nouveaux procédés de traitement de surface moins néfastes pour l’environnement et la santé. Le travail prévu dans le programme de recherche NEPAL (NouvellEs Protections des ALuminiums) s’inscrit dans cette dynamique. Les traitements mettant en oeuvre des composés à base de Cr(VI) sont destinés à disparaître dans un proche avenir ; ainsi de nouvelles formulations ont été développées parmi lesquelles des procédés de conversion à base de chrome trivalent. Le projet de thèse vise à renforcer la robustesse de ces procédés en apportant des éléments de compréhension pour ce qui concerne la tenue à la corrosion des alliages d’aluminium revêtus de couches de conversion au chrome trivalent en relation avec leur état microstructural. Les travaux de thèse ont été développés sur une nuance d’alliage d’aluminium 2024, parmi celles les plus utilisées dans le secteur aéronautique. Plusieurs microstructures ont été considérées dans le but de modifier la distribution en éléments d’alliages majoritaires, le cuivre et le magnésium. La caractérisation fine de la microstructure et l’évaluation de la réactivité des échantillons dans les différents bains de traitement de conversion ont permis de mettre en évidence l’influence de la répartition du cuivre dans l’alliage, élément néfaste pour la croissance des couches de conversion lorsqu’il se trouve sous forme de précipités fins. Finalement, l’étude de deux tôles d’alliage d’aluminium d’épaisseurs différentes met en évidence l’influence de nouveaux paramètres microstructuraux tels que les joints de grains ou la précipitation grossière. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet FUI NEPAL. Le CIRIMAT a été financièrement soutenu par le Ministère de l’Économie et de l’Industrie français (BPI-France), la Région Occitanie Pyrénées-Méditerranée et l’Union Européenne (FEDER/ERDF). / In reply to REACH regulation, which stipulates that hexavalent chromium substance shall besubject to authorization in 2017, manufacturers of aeronautic industries have performed, forseveral years, research and development of new surface treatments less harmful for theenvironment and health. The work planned in NEPAL (NEw Protections for ALminium) researchprogram is part of this large program. The chromate-containing treatments, using Cr(VI)compounds, will disappear in the near future; new formulations have been developed includingtrivalent chromium conversion processes. The thesis project aims to reinforce robustness of theseprocesses by providing data useful for understanding the corrosion resistance of aluminium alloyscoated with trivalent chromium coatings, in relation to their microstructural state. The thesis workwas developed on a 2024 aluminium alloy, among those most used in the aeronautics sector.Several microstructures were considered in order to modify the distribution of major alloyselements, copper and magnesium. The fine characterization of the microstructure and theevaluation of the reactivity of the samples in the different conversion treatment baths highlight theinfluence of the copper distribution in the alloy, this alloying element being detrimental to thegrowth of the conversion coating when it is in the form of fine precipitates. Finally, the study of twosheets of aluminium alloy with different thicknesses reveals the influence of new microstructuralparameters such as grain boundaries or coarse precipitation. This work was performed in theframework of the NEPAL FUI project. CIRIMAT was financially supported by the French Ministry ofEconomy and industry (BPI-France), the Région Occitanie Pyrénées-Méditerranée and theEuropean Union (FEDER/ERDF).

Ce travail de thèse s’inscrit dans un projet de grande envergure piloté par l’IRT M2P, intitulé « Hard Chrome by Trivalent Chromium » qui regroupe 15 partenaires industriels et 2 partenaires académiques. L’objectif principal est de substituer les composés du chrome hexavalent par des électrolytes à base de chrome trivalent dans les procédés de chromage « dur », en réponse à l’application du règlement européen REACH en septembre 2017, même si des demandes d’autorisations temporaires sont en cours. Dans le cadre de cette thèse, des études électrochimiques ont été réalisées sur des bains commercial et synthétique. Celles-ci ont conduit au choix d’un matériau jouant le rôle d’anode, à une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu et de ce fait à une optimisation des conditions d’utilisation du bain commercial. D’autre part, une étude approfondie des courbes transitoires permet de mieux appréhender le comportement des électrolytes de chrome trivalent vis-à-vis des courants pulsés. Ainsi, un plan d’expérience sur les paramètres des pulses avec pour sortie de multiples caractérisations des dépôts de chrome montre que les courants pulsés influent sur plusieurs propriétés telles que : la teneur en carbone, la structure cristalline, la microdureté, la morphologie de surface et la microfissuration. Grâce au traitement des données issues du plan d’expériences, l’optimisation des paramètres de polarisation aboutit à l’élaboration de séquences de pulses optimisées. L’utilisation de celles-ci, employées seules ou en combinaison avec d’autres séquences de pulses issues également du plan d’expériences, aboutit à l’obtention de dépôts de chrome trivalent dont les propriétés sont modulables en fonction des paramètres procédés. Dans l’optique de la mise en place d’une nouvelle stratégie de choix des paramètres de l’impulsion anodique, un dispositif permettant la mesure du pH local en fonction des séquences et à proximité immédiate de la surface a été élaboré. Les premières tendances confirment les modes d’action des courants pulsés, et les choix qui ont été faits pour l’optimisation. / This thesis work is part of an ambitious project handled by IRT M2P, named “Hard Chrome by Trivalent Chromium” which gathers 15 industrials partners but also 2 academic partners. The main objective is to substitute the hexavalent chromium compounds in hard chromium electroplating process before there ban by European instances (REACH, ECHA) in September 2017, excepted for those authorized. As part of this thesis, electrochemical studies were realized on commercial and synthetic baths. Thanks to this studies, a material has been chosen to act as an anode for the making of the trivalent chromium coatings ; furthermore, the utilization conditions of the commercial bath has been optimized. Moreover, another study based on transient curves allows a better comprehension of the behaviour of the trivalent chromium electrolytes regarding pulsed current. This work permitted the elaboration of pulse sequences in the form of an experimental design. The realization and characterization of trivalent chromium coatings as a part of the experimental design show that pulsed current have an effect on several properties of the coatings such as carbon content, crystalline structure, microhardness, surface morphologies an microcracking. Thanks to the analyses of the results from the experimental design, an optimization of pulsed current has been made to obtain optimized pulse sequences. The utilization of those pulse sequences, used alone or combine with some pulse sequences of the experimental design lead to the elaboration of trivalent chromium coatings which properties are adjustables depending on the set parameters of the process. To further optimize the properties of the coatings, the basis of an analysis tool based on local pH measurements are developed; this analysis tool must make it possible to select the most interesting pulse sequences for the realization of trivalent chromium coatings.