Les contraintes environnementales imposent de trouver des solutions pour limiter les émissions gazeuses (gaz à effet de serre) ainsi que d’éliminer les matériaux nocifs dans les produits de consommation. L’étude de solutions alternatives devient donc un point clé au développement des produits futurs. Dans ce contexte, les véhicules électriques et hybrides sont en forte progression sur le marché mais leur développement commercial reste fortement lié à leur fiabilité, plus particulièrement à celle des organes contrôlés par l’électronique de puissance. Notre étude s’inscrit dans ce cadre et se focalise sur la pâte d’argent micrométrique, matériau candidat au remplacement des solutions à base de plomb pour le report des puces. Si la pâte d’argent est assez bien caractérisée pour ses propriétés électriques, peu de données sont reportées dans littérature quant à ses propriétés mécaniques, pourtant indispensables pour appréhender la durée de vie des assemblages complets. Dans la thèse, une méthode originale d’élaboration des échantillons a été développée. Basée sur les recommandations d’utilisation donnée par le fournisseur, elle a été adaptée afin de d’obtenir des échantillons massifs dont la microstructure brute et après vieillissement en température est identique à celle des brasures réelles. Après élaboration, le taux porosité, compris entre 15 % et 20 %, n’évolue pas au cours de vieillissements représentatifs des conditions d’utilisation réelles. Seule la morphologie des pores évolue, pour laquelle un grossissement, respectant les cinétiques du mûrissement d’Ostwald, et une évolution de la distribution spatiale est observée. Les propriétés mécaniques sont une fonction de la densité à l’état brut. Après vieillissement des échantillons massifs, si les propriétés élastiques ne varient pas (à densité constante), la dispersion des propriétés plastiques sont reliées à la modification de la distribution spatiale des pores. L’évolution des propriétés élastiques sur les échantillons représentatifs des brasures est attribuée aux mécanismes de relaxation des contraintes d’élaboration. Une fois celles-ci relaxées, les propriétés sont identiques pour les deux états (massif et couche mince) et sont donc intrinsèques au matériau. / The requirement for reducing the use of harmful materials in convenience goods hasprompted investigation into alternative solutions. Along with the need to drastically limit theemission of greenhouse gases, the increase of electric or hybrid vehicles in the market reliesmostly on their dependability with a specific focus on reliability of the embedded powerelectronics. The study of alternative materials to lead (Pb) or Pb-based alloys for die bondingis a critical step towards realising an environmentally friendly solution. Micrometric silverpaste was chosen as a candidate because of its excellent electrical properties. However, fewdata are available in the literature concerning its mechanical properties, mandatory to modelthe entire electronic system for service life assessment. The processing route, based on thesintering of micrometric powder, provides a material with significant porosity that is knownto alter the mechanical properties when compared to the dense material. In this thesis, anoriginal processing route was developed in order to obtain bulk samples with the samemicrostructure of real solder joints either before or after ageing. The mechanical properties vsdensity was established prior to or after aging. After aging, the elastic properties do not varywhile the dispersion observed for the plastic properties is connected with the microstructureevolution. The evolution of the elastic properties on the representative samples of solder jointsafter aging is attributed to the mechanisms of stress relaxation. Once these relaxed, theproperties are identical for both states (bulk and thin layer) and are thus intrinsic in thematerial.

Le procédé COBAPRESSTM est un procédé hybride qui consiste à forger une préforme de fonderie. Nous nous intéressons dans cette thèse à son application pour fabriquer des pièces en alliage d’aluminium AS7G03 modifié au strontium. La première partie de l’étude présente des résultats de simulations obtenues grâce à 2 logiciels de calcul par éléments finis qui sont Simufact et ABAQUS. Nous avons pu voir que la déformation est maximale dans le plan de joint des pièces avec une déformation supérieure à 0,5 pour des vitesses qui peuvent atteindre 10 s-1. Les déformations en peau dues à la rugosité de surface des préformes ont aussi été prises en compte.La deuxième partie expose la microstructure dans les pièces après forge. Ces observations ont été effectuées par microscopie optique ainsi qu’en EBSD. Cette microstructure peut être majoritairement restaurée ou recristallisée pour des paramètres de Zener-Hollomon supérieurs à 1012. La microstructure de peau ainsi que l’effet de la trempe ont aussi été étudiés. Enfin, nous nous sommes intéressés à l’évolution des propriétés mécaniques statiques et cycliques. Nous avons pu voir que l’étape de forge permettait de refermer et souder les retassures de fonderie avec une tenue mécanique suffisante pour résister en fatigue. La Rp0,2, la Rm ainsi que l’allongement à rupture sont augmentés. La microstructure optimale semble être une sous-structure des dendrites qui est la meilleure pour une déformation de 0,5 et une vitesse de 5 s-1 avec une température de préforme de 530°C. Une bonne sous-structuration ainsi qu’une faible rugosité en peau permettent aussi une amélioration de la durée de vie en fatigue après la frappe à chaud. / The COBAPRESSTM is a hybrid process consisting of forging a cast preform. In this thesis, we are interested in its application to make parts with an AS7G03 aluminum alloy modified with strontium. Microstructural evolutions in hot conditions and the mechanical properties resulted from are not well known for this cast alloy and constitute the present work. The first part of the study presents the results obtained by simulation with two finite elements analysis software Simufact and ABAQUS. We could see that the maximal deformation occurs in the parting surface with a deformation closed to 0.5 and a rate which cans reach 10 s-1. Deformation in the skin due to the preform surface roughness is considered. The second part exposes the microstructure in the parts after forging. These observations were made by optical micrography and also by EBSD. This microstructure is predominantly substructured but can be recrystallized for Zener-Hollomon parameters higher than 1012. The typical skin microstructure and the effect of the quenching were also studied.Finally, we studied the evolutions of the static and cyclic mechanical properties. We could see that the forging step allows the welding of the shrinkage porosities with mechanical characteristics good enough to resist fatigue tests. The yield stress, the ultimate tensile stress and the ductility are all improved. The optimal microstructure seems to be a substructure of the dendrites which is the best for a deformation of 0.5 and a rate of 5 s-1 with a preform temperature of 530°C. The good substructuration and the reduced roughness of the skin allow a greater improvement of the fatigue life of the samples after the forging step.

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