Les alliages Al-Si sont largement utilisés dans l’industrie automobile en fonderie sous pression, en particulier pour la fabrication des blocs moteurs, en raison de leurs bon rapport résistance/ poids et leurs excellentes propriétés mécaniques. Du fait de l’internationalisation de la production, la composition chimique de ces alliages et les paramètres du procédé HPDC peuvent varier d’un pays à l’autre, ils peuvent même varier d’un site de fabrication à l’autre dans le même pays. Or, les conceptions des pièces automobiles sont aujourd’hui de type déterministe et elles sont réalisées sur la base des matériaux et procédés européens, ce qui peut affecter les propriétés de ces pièces dans le cas d’une localisation hors Europe. Ainsi, il est important de pouvoir adapter les conceptions rapidement et à moindre coût en prenant en compte les contraintes matériau/ process locales. Dans cette thèse, nous avons proposé une approche méthodologique permettant de prédire les caractéristiques mécaniques en fonction de la variabilité matériaux/ process en s'appuyant sur une étude expérimentale/ statistique de l’effet de la variabilité des principaux éléments d’alliage (Si, Cu, Mg) et des paramètres procédé (température de la coulée et pression d’injection) sur les propriétés mécaniques des alliages d’Al-Si moulés sous pression. La microstructure et le taux de porosités ont également été évalués. Cette méthodologie a abouti à la construction d’un outil de conception produit permettant de prédire les caractéristiques mécaniques dans le cas du changement de l’un (ou des) paramètres Matériau/ Process. / Secondary Al-Si alloys are widely used in automotive industry for engine blocks because they offer a considerable weight reduction whilst maintaining good mechanical properties. The ever-expanding internationalisation of production, with same stages of production processes spread across a number of countries to produce locally, causes however high variability in the casting products. The chemical composition of the same alloys and the working variables of the unchanged high-pressure die casting process (HPDC) may change for the same casting parts from one country to another, they can even sometimes vary from one manufacturing site to another within the same country. Designing for aluminium automotive components does call today for new deterministic design methods that are often achieved from European material and casting process databases, which can affect the properties of these parts in the case of a location outside Europe. Thus, it is important to adapt the design of die casting parts quickly and inexpensively by taking into account the material and process local constraints. In this work, a methodological approach which permits to predict mechanical properties as a function of material and process variability based on an experimental/ statistical study on the effect of the variability of the primary factors of alloying elements contents (Si, Cu and Mg) and HPDC process parameters (casting temperature and injection pressure) on mechanical properties of die cast aluminium alloys has been proposed. The microstructural features and the porosity level were also investigated and assessed. This approach has resulted in statistical design tool that will allow designers to make changes to the design of their casting and to industrialize them outside Europe.

La réduction de la masse des véhicules, notamment des Groupes Motopropulseurs contribue à la réduction des émissions polluantes. Aujourd’hui afin d’aboutir à cet objectif, la conception de pièces automobiles (Carter Mécanisme, Carter Cylindre) en matériau allégé tel que l’aluminium et ses alliages est en plein essor. Pour la production de grande série, ces alliages sont mis en œuvre par le procédé de fonderie ‘’Aluminium sous pression’’.Ce procédé utilise des moules métalliques. La maîtrise du comportement thermique du moule : chauffage, refroidissement interne (par circuit) et externe, est un point clef pour la qualité et la cadence de production.Dans ce mémoire, le processus industriel est détaillé depuis la fermeture du moule et l’injection du métal liquide jusqu’à l’ouverture du moule et l’extraction de la pièce (carter mécanisme RENAULT). Ensuite, le design détaillé du moule, les différentes générations de circuit de refroidissement et les paramètres de chaque étape de la fabrication utilisés compte tenu du système de refroidissement actuel sont présentés. Le circuit de refroidissement du moule est aujourd’hui positionné dans le moule de façon empirique. Le but ultime de cette thèse est de donner les éléments clés de la conception du circuit de refroidissement d’un point vue thermique. Pour cela, une modélisation complète du phénomène a été réalisée et validée par 8 thermocouples et la position du system de refroidissement a été définie a partir des équations thermiques. Le cycle thermique du moule a été donc optimisé et nous a permis d’abaisser et d’homogénéiser les champs de température à la surface du moule pendant la production en vue d’une augmentation de la productivité, la santé des pièces et la durée de vie du moule. / Reducing the weight of vehicles, specially the powertrain Group, contributes to the reduction of the emissions. Today, in order to achieve this objective, the automobile parts conception (Housing gear box, Cylinder block) in lightweight materials such as aluminum and its alloys is increasing. For the mass production, aluminum alloys are formed by a foundry process called ‘’High Pressure Die Casting’’.This process uses the metal molds. Control the thermal behavior of the mold : Heating, intern cooling (by circuit) and extern cooling, is a key point to ensure castings quality and rate of production.In this thesis, the industrial process has been detailed since the mold closing and aluminum melting injection in the die, to the mold opening time and the part (Gearbox RENAULT) ejection. Then, the mold design details, different generation of the cooling systems and the parameters of each step of the manufacturing process taking into account the actual cooling system are presented. The actual cooling systems in the dies are positioned today in empirical way. The ultimate goal of this thesis is to provide the key elements for the cooling system conception from the thermal behavior point of view. For this one, a complete modeling of the phenomena has been realized and validated by 8 thermocouples and the cooling system position has been defined from the thermal equations. The thermal cycle of the die has been optimized and allowed us to reduce and homogenize the temperature fields on the die surface during the production. The rate of production, the castings quality and the lifetime of the die have been consequently increased.

Ces travaux de recherche portent sur l’étude de l’injection du cuivre. Dans une optique d’amélioration des propriétés du cuivre injecté sous pression, deux grands thèmes de réflexion ont été abordés. La première voie de réflexion porte sur l’influence des paramètres de fusion et d’éléments d’alliages ajoutés en faible quantité sur les caractéristiques des démonstrateurs technologiques produits. La seconde partie discute de l’influence du procédé de fonderie en lui-même, notamment au travers de l’étude de deux paramètres : l’influence du régime d’écoulement du métal en fusion dans l’empreinte, et l’influence de l’emprisonnement de l’air sur les propriétés des pièces injectées. / This research focuses on the study of high pressure die casting (HPDC) of copper. In order to improve the properties of die-cast copper, two main issues were investigated. In the first part, attention is paid to the influence of melting parameters and of addition of alloying elements in small amounts on the characteristics of the specimen produced. The second part discusses the influence of the foundry process itself on properties of die cast part, in particular by studying two parameters : the metal flow type during cavity filling, and the air entrapment.