Comme la plupart des problèmes réels posés à la science des matériaux, celui de la corrosion intergranulaire de l'aluminium par l'eau chaude est complexe, à cause de la multiplicité des facteurs qui entrent en jeu. Pour n'en laisser au hasard qu'une part aussi limitée que possible, nous avons utilisé des bicristaux orientés. Leur préparation, par solidification contrôlée en nacelle horizontale, constitue en effet depuis une quinzaine d'années une activité traditionnelle de notre laboratoire. La contribution que nous y avons apportée a été la mise au point d'un modèle de four au fonctionnement simple et sûr, et l'amélioration des techniques d'orientation, tant en rapidité qu'en précision, grâce à l'utilisation de tables numériques établies à l'aide d'un ordinateur. Dans ces cristaux orientés, préparés à partir d'un métal de pureté constante, nous avons prélevé des échantillons qui ont été exposés à de l'eau à 150°C. La nécessité de respecter certaines précautions expérimentales nous est rapidement apparue : il faut utiliser des échantillons présentant le moins possible de ségrégations, et ne considérer que les attaques ayant lieu à partir d'une même face de l'échantillon, de préférence celle qui est constamment restée libre au cours de la préparation par solidification contrôlée. Ces conditions nous ont permis de bien choisir les facteurs qui ont été pris en considération dans ce travail. L'étude de la corrosion d'un joint de grains donné nous a montré que celle-ci progresse en deux étapes successives, dont la seconde est liée à l'apparition de poches d'hydrogène dans le sillon d'alumine. La vitesse de corrosion demeure constante au cours de chacune des étapes. Cela laisse penser que les conditions physico-chimiques ne s'y modifient pas, et tempère notre regret de n'avoir pas contrôlé les conditions électrochimiques du phénomène. En étudiant la corrosion d'un joint symétrique de flexion entre deux cristaux désorientés de 50° autour d'un axe <001>, joint assez quelconque, puisqu'il n'est ni de faible désorientation ni de haute coïncidence, nous avons décelé une forme originale de l'anisotropie d'un joint de ce type. La corrosion en effet ne progresse pas à la même vitesse dans les deux sens de la direction normale à l'axe de flexion. Nous pensons que cette anisotropie ne résulte pas de la structure intrinsèque du joint, mais de sa position par rapport aux deux réseaux qu'il sépare, et dont les directions <011> constituent des canaux privilégiés pour la diffusion d'hydrogène. En attribuant un rôle essentiel à cette étape de la réaction cathodique, notre hypothèse s'accorde avec les conclusions généralement admises. Deux séries de bicristaux, contenant respectivement des joints symétriques de flexion autour de <001> et <011>, nous ont permis d'examiner dans ces deux cas l'influence de l'un des cinq paramètres qui définissent macroscopiquement la géométrie d'un joint de grains. Cette étude a montré en particulier que, parmi les joints de macle, il en est qui présentent à la corrosion intergranulaire une résistance remarquable : Ce sont les joints (111) et (311), c'est-à-dire ceux dont les énergies calculées sont les plus faibles. L'ensemble des résultats obtenus a fait apparaître la nécessité de considérer cette fois la structure même des joints pour interpréter leur comportement. Nous avons proposé une méthode géométrique pour construire le réseau de transition des joints symétriques de flexion autour de <011> et <100>. Les structures obtenues sont, à une relaxation près, celles auxquelles conduit un calcul énergétique. La méthode permet de mesurer le défaut de densité du joint, défini comme le nombre d'atomes qu'il faut supprimer pour introduire dans un échantillon initialement monocristallin, sans faire varier son volume, une unité d'aire de ce joint. Nous avons montré que le défaut de densité de la structure intergranulaire, par rapport à l'édifice cristallin parfait, est une des causes essentielles de l'accumulation d'hydrogène dans le joint et du dommage qui en résulte. Abordant enfin un point de vue thermodynamique, nous avons montré que l'énergie interne d'un joint provient également du défaut de densité de sa structure, et que son entropie résulte de la perte de leur voisinage normal subie par certains atomes. Toutes ces considérations soulignent l'importance de la part qui revient à la structure intergranulaire dans les propriétés physico-chimiques et les caractéristiques thermodynamiques d'un joint de grains. Il n'en faudrait pas conclure à l'insignifiance du rôle joué par les impuretés présentes dans le métal que nous avons utilisé. Au contraire, pour réduire la part laissée au hasard, les expérimentateurs auront grand avantage à employer des métaux de plus en plus purs, élaborés en quantités importantes et homogènes, et qui seuls permettront d'examiner l'influence spécifique de diverses impuretés. Parallèlement, les résultats, modestes mais encourageants, que les bicristaux nous ont permis d'obtenir dans l'étude d'un exemple de corrosion intergranulaire, devraient convaincre les spécialistes de la corrosion de l'utilité que peuvent présenter pour leurs travaux les mono et bicristaux orientés. Les efforts entrepris aujourd'hui dans les deux directions de l'élaboration de métaux purs, et de la préparation de cristaux orientés, nous semblent donc particulièrement bien fondés.

La prédiction des durées de vie des pièces de structures aéronautiques a toujours été une problématique à la fois complexe et capitale dans ce domaine de l’industrie. Néanmoins, la majorité des tests existant à l’heure actuelle cherche à évaluer la capacité des matériaux à résister aux sollicitations mécaniques notamment en fatigue. Les problématiques liées à l’endommagement causé par l’environnement comme la corrosion sont encore mal comprises. En effet, bien que certains tests permettent de détecter et de caractériser cet endommagement, aucun outil fiable de prédiction des vitesses de propagation des défauts de corrosion intergranulaire n’existe. Ainsi, actuellement, un défaut de corrosion détecté induit systématiquement un changement de la pièce. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans cette problématique ; ils ont pour but de comprendre les phénomènes de corrosion intergranulaire sur l’alliage d’aluminium 2024, le plus utilisé dans le secteur aéronautique, et d’étudier les cinétiques de propagation des défauts de corrosion. L’étude s’appuie sur une approche multi-échelle des processus de corrosion, des états microstructuraux et de l’influence de l’hydrogène. Ce projet s’inscrit également dans une dynamique de collaboration avec Airbus Group et l’Université de Bourgogne dans le cadre du projet ANR M-SCOT (Multi-Scale Corrosion Testing ANR-14-CE07-0027-01). / Nowadays, cracks kinetics is a key point in aircraft risk and reliability analysis. In particular, the propagation of corrosion defects is of special interest and could promote an early mechanical crack initiation. However, today most of the tests are calibrated to control mechanical damage and do not take into account the propagation of the corrosion defects. Indeed, when a corrosion defect is observed, the airplane part is automatically changed which leads to high manufacturing costs. The aim of this work is to understand the intergranular corrosion mechanisms and to study the propagation kinetics of the corrosion defects in an aeronautical reference alloy, i.e. the 2024-T351 aluminium alloy. A multiscale approach of the corrosion processes, the microstructural states as well as hydrogen influence was performed. This work is supported by ANR-14-CE07-0027-01 – M-SCOT: Multi Scale COrrosion Testing.

La gestion des flottes vieillissantes conduit à étudier les effets de la corrosion sur la tenue mécanique des structures en alliages d'aluminium, depuis les défauts de corrosion de surface jusqu'à la fissure mécaniquement active.<br />Nous avons caractérisé la sensibilité de l'alliage 2024-T351 à la corrosion intergranulaire. Il se forme en 7h d'immersion dans NaCl 0.5 M un défaut semi-elliptique de 200 µm de profondeur. Puis la corrosion intergranulaire ralentit fortement. <br />Nous avons étudié les mécanismes de propagation en fatigue à partir de ces défauts, en particulier la transition entre la corrosion intergranulaire et les fissures transgranulaires courtes de fatigue. A chaque étape de l'endommagement, une estimation des cinétiques, du Delta-K et la morphologie des défauts sont données. Deux mécanismes ont été distingués : un mécanisme de corrosion sous contrainte (cyclique) intergranulaire et un mécanisme de fatigue corrosion transgranulaire. Un critère de transition est proposé

Le coût de la maintenance aéronautique pourrait être réduit en proposant des stratégies d’inspection « intelligentes » intégrant des outils prédictifs de l’évolution des défauts, comme la vitesse de propagation de la corrosion intergranulaire.Dans cette thèse, nous avons cherché à quantifier les deux modes d’endommagement associés à la corrosion intergranulaire sur un alliage 2024 : la composante « perforante » (dissolution des pointes de joint de grain) et la composante « émoussante » (dissolution des parois des grains dans les cavités intergranulaires). Pour évaluer la composante « perforante », nous proposons une nouvelle variante de la méthode TFP (méthode OTFP) plus complète car elle ne se limite pas à caractériser le défaut le plus rapide mais permet de suivre l’ensemble des défauts perforants grâce à la nature optique de la détection. Dans cette méthode, le dispositif expérimental laisse libre la face de détection, ce qui permet de prélever l’électrolyte issu des cavités intergranulaires et de procéder à son analyse chimique. Cette donnée, peu connue à ce jour, a été utilisée pour valider des modèles de « transport réactif » qui pourront servir de base à des simulations prédictives intégrant l’effet de la nature de l’environnement. La porosité au sein du matériau induite par la corrosion intergranulaire et amplifiée par la dissolution « émoussante » a été suivie en temps réel par mesure de la conductivité électrique avec une sonde à courants de Foucault. D’abord calibrées en régime potentiostatique, ces méthodes se sont par la suite révélées efficaces pour évaluer l’endommagement associé à la corrosion intergranulaire lors d’une corrosion de type atmosphérique. / Costs of aeronautical maintenance can be reduced by implementation of “smart” inspection strategies integrating predictive data on the evolution of defects such as the propagation rate of intergranular corrosion.In this work, intergranular corrosion damage on 2024 aluminium alloy was characterized by two modes : the “perforating” damage (dissolution of the grain boundary tips) and the “blunting” damage (dissolution of the grain walls in the intergranular cavities). To evaluate the “perforating” damage, a new version of the TFP method (OTFP method) which is more complete, was designed. The OTFP method allows to detect all the intergranular corrosion defects and not only the fastest full penetrating grain boundary thanks to the optical nature of the detection. In this method the detection backside of the thin foil is free, which makes possible the collection of the trapped electrolyte in the intergranular cavities to carry out its chemical analysis. This not well-known data, was used to validate “mass-transport” models which could be implemented in predictive simulations considering the effect of the environmental conditions. The porosity inside the foil induced by the intergranular corrosion and enhanced by the “blunting” dissolution was followed in real-time by measuring the electrical conductivity using an eddy current probe.These methods were first calibrated in potentiostatic tests and then successfully applied to evaluate the intergranular corrosion damage in atmospheric corrosion conditions.