Dans l'industrie, la fabrication de pièces en métallurgie des poudres implique typiquement le pressage à froid d'une poudre métallique dans un outillage spécialement conçu permettant de produire un comprimé ayant la forme de la pièce désirée. Par la suite, ce comprimé est fritte à température élevée afin de souder, par diffusion moléculaire, les particules entre elles, et ainsi, obtenir une pièce résistante aux efforts. Cette technique permet une production à cadence élevée et à faible coût de pièces assez petites et parfois très complexes comprenant des engrenages, des cannelures et plusieurs autres geometries souvent infaisables ou difficiles à réaliser autrement. En raison de leur légèreté et des températures de frittage plus basses, les alliages d'aluminium sont régulièrement employés malgré la présence de certains problèmes de gommage et de coincement des outils ainsi qu'un coût plus élevé de la poudre d'aluminium. Ce projet vise donc à étudier et à améliorer la production par métallurgie des poudres de pièces en alliage d'aluminium. Il se divise en deux principaux volets. Le premier volet porte sur le pressage à froid et plus particulièrement sur l'amélioration des techniques de remplissage et de pressage de la poudre d'aluminium allié alors que le second volet étudie certaines techniques de pressage à chaud. Dans le premier volet, différentes façons d'améliorer le remplissage des cavités avec de la poudre d'aluminium ont été expérimentées, notamment en regard de plusieurs paramètres. Au pressage, les phénomènes de friction et de gommage ont été étudiés puis la cinématique des outils a été analysée afin de réduire les risques de fissuration des comprimés. Dans l'industrie, l'opération de frittage contribue significativement aux coûts de fabrication des pièces. Le second volet du pressage à chaud visait donc à éliminer partiellement ou totalement ce frittage tout en augmentant la densité et la résistance des pièces. Pour ce faire, deux méthodes ont été proposées et expérimentées: (1) le forgeage de pièces préalablement pressées et frittées plus ou moins légèrement, et (2), une nouvelle méthode de pressage de poudres à température élevée ne nécessitant pas de frittage.

L'aluminium est un matériau très durable avec une excellente résistance à la corrosion qui pourrait être un excellent choix soit pour la construction de nouveaux ponts, soit pour la réhabilitation et le remplacement de tabliers de pont détériorés. Les ponts construits avec des platelages d’aluminium extrudé et des poutres d’acier offrent une solution prometteuse au problème du vieillissement de l'infrastructure des ponts. L'aluminium en tant que matériau structurel est aussi connu pour sa légèreté, qui facilite le transport et l'installation, et réduit les coûts des fondations. Cependant, cette caractéristique les rend sensibles vis-à-vis les excitations causées par les surcharges routières. La conception dynamique des ponts routiers par le code canadien de conception des ponts routiers (CSA S6-19) est basée sur le concept de facteurs d'amplification dynamique équivalents (FAD). Cependant, ces facteurs ont été établis principalement pour les ponts construits avec des matériaux traditionnels tels que le béton, le bois et l'acier. Il est donc prudent d'évaluer l'applicabilité de ces facteurs pour le cas des ponts légers construits avec des platelages d’aluminium extrudé. En outre, comme la rugosité de la surface des chaussées joue un rôle important dans le comportement dynamique d'un pont, il est important de considérer l'influence de la rugosité sur la réponse dynamique du pont. L'objectif de cette recherche est d'étudier le comportement dynamique des ponts composés des platelages d’aluminium extrudé et des poutres d’acier sous les surcharges routières en tenant compte de l'effet de la rugosité de la surface, et par conséquent d'évaluer l'applicabilité des FAD de la norme de conception actuelle pour de telles structures. Pour y parvenir, des modèles numériques ont été développés sur Abaqus pour une sélection des paramètres et des configurations des ponts. L'effet de la rugosité de surface sur la réponse dynamique est également étudié en générant l'algorithme de densité spectrale de puissance (DSP) selon la norme ISO 8608. Les résultats ont montré que les FAD dépendent énormément à la fois du ratio des fréquences véhicule-pont ainsi que de la rugosité de la surface. Au fur et à mesure que le ratio des fréquences véhicule-pont augmente, le FAD augmente de manière significative. Avec un ratio des fréquences véhicule-pont approchant 0,5, le FAD calculé dépasse la valeur du FAD recommandée par le code canadien. Il est à noter que les résultats de cette étude sont limités aux configurations de pont considérées à l'étude, et qu'une étude paramétrique approfondie est nécessaire pour tirer une conclusion générale sur l'applicabilité des valeurs actuelles du FAD pour les ponts légers en aluminium extrudé. / Aluminum is a highly durable material with excellent corrosion resistance that could be an excellent choice either for construction of new bridges or for rehabilitation and replacement of deteriorated bridge decks. Extruded aluminum deck-on-steel girder bridges offer promising solution to the aging bridge infrastructure problem. Aluminum as a structural material is also known for its lightweight, which facilitates transportation and installation, and reduces foundation requirements. However, this characteristic makes it sensitive to excitations from vehicular traffic. The dynamic design of highway bridges by the Canadian Highway Bridge Design Code (CSA S6-19) is based on the concept of equivalent dynamic amplification factors (DAF). However, these factors were derived largely for bridges made with traditional materials such as concrete, wood and steel. It is prudent to evaluate whether these factors are applicable to lightweight bridges made with extruded aluminum decks. In addition, since road roughness plays an important role in the dynamic behavior of a bridge, it is important to consider the influence of roughness on the bridge vibration response. The objective of this research is to investigate the dynamic behavior of aluminum deck-on-steel girder bridges under vehicular loads considering the effect of road roughness, and consequently evaluate the applicability of the current design DAFs for such structures. For this purpose, numerical models were developed in Abaqus for a selected bridge configuration and loading parameters. The effect of road roughness on dynamic response is also investigated by generating the power spectral density (PSD) algorithm according to ISO 8608. Results showed that the DAF strongly depend on both the vehicle-bridge frequency ratio and the road roughness. As the vehicle-to-bridge frequency ratio increases, the DAF rises significantly. With a vehicle-to-bridge frequency ratio approaching 0.5, the calculated DAF exceeds the DAF value recommended by the Canadian code. It is noted that results of this study are limited to the bridge configurations considered in the study, and extensive parametric study is required to draw a general conclusion about the applicability of the current DAF values for lightweight extruded aluminum bridges.

Dans le cadre du confinement des métaux lourds toxiques à savoir Pb et Cd, cette étude a porté sur la recherche de nouveaux verres phosphates présentant des propriétés physico-chimiques optimisées. Des verres de composition (100-x) (50P2O5-15ZnO-35PbO)-xFe2O3 et (100-z) [50P2O5-15ZnO-(35-y)PbO-yCdO]-zAl2O3 ont été élaborés. L'introduction des oxydes de fer et d'aluminium dans les matrices phosphatées entraîne une amélioration des propriétés et en particulier un renforcement de la durabilité chimique, en milieu aqueux, comparable à celle des verres silicates. Ces résultats ont pu être corrélés à la formation d'un réseau mixte fortement réticulé dans lequel les cations présentant une coordinence multiple forment des liaisons covalentes à caractère élevé avec les atomes d'oxygène. Avec une température de transition vitreuse modérée, ces verres sont des candidats potentiels pour le stockage d'éléments lourds toxiques.

Pour réduire le poids des structures aéronautiques, plusieurs voies ont été explorées. Parmi elles, l'utilisation des alliages d'aluminium légers et le remplacement des structures rivetées par des structures soudées par Friction Stir Welding (FSW) sont envisagées. La question de la durée de vie de ces structures préoccupe les industriels. Dans ce cadre, cette étude porte sur la sensibilité à la corrosion sous contrainte intergranulaire (CSC-IG) du noyau de soudure par FSW de l'alliage Al-Cu-Li 2050. Ce matériau est composé de grains équiaxes dont la taille diminue de 17 à 4 µm à mesure que l'on s'éloigne de la surface de soudage. Une variation de texture est révélée grâce à des cartographies EBSD formant la microstructure des « onion rings ». La périodicité de ces « onions rings » est égale à l'avancée du pion FSW sur un tour (500 µm pour notre matériau). Ces hétérogénéités microstructurales entraînent des gradients de champs mécaniques locaux quantifiés par corrélation d'images lors des essais mécaniques. Ces hétérogénéités microstructurales et mécaniques favorisent les phénomènes de corrosion localisée lorsque le matériau est soumis à un environnement agressif. Les effets des contraintes et de la microstructure sur la CSC-IG sont mis en évidence par des essais de corrosion et des essais de corrosion sous contrainte (CSC). Les essais de corrosion montrent une sensibilité du matériau à la piqûration alors que les essais de CSC révèlent l'amorçage de fissures intergranulaires. Les plus grosses fissures s'amorcent préférentiellement à la frontière des « onion rings ». Un modèle par éléments finis a été développé dans le but de simuler la propagation des fissures intergranulaires sur des agrégats réels générés par des cartographies EBSD. / To reduce the aircraft components weight, several solutions were explored. Among them, the using of light aluminum alloys and the substitution of riveting by friction stir welding (FSW) are investigated. Industry is concerned by the question of the life of such structures. For this, this study is focused on intergranular stress corrosion cracking (IGSCC) sensitivity of the 2050 Al-Li-Cu alloy friction stir weld nugget. This material consists of equiaxed grains whose size is decreasing with the distance from the weld surface between 17 µm at the top and 4 µm at the bottom. The “onion rings” microstructure is revealed by EBSD cartographies as a texture variation. They appear with a periodicity of 500 µm corresponding to the advance per revolution of the tool. Those microstructural heterogeneities cause local mechanical field gradients quantified by digital image correlation measurements during mechanical tests. Those microstructural and mechanical heterogeneities promote localized corrosion when the material is submitted to an aggressive environnement. Microstructure and stress effects on IGSCC are shown by corrosion tests and stress corrosion tests. The first ones show a sensitivity to pitting corrosion and a stress application reveal initiation of intergranular cracks. The biggest ones preferentially initiate at “onion rings” boundaries. A finite element model was developed in order to simulate intergranular cracks propagation on real aggregates obtained by EBSD cartographies.

Cette étude répond à une demande industrielle de réparation d’une pièce aéronautique en alliage d’aluminium 6061 à l’aide d’un procédé de soudage à l’arc. La première partie est consacrée à la comparaison des procédés Metal Inert Gas (MIG), MIG pulsé, Tungsten Inert Gas et MIG Cold Metal transfer (CMT). C’est ce dernier procédé qui a été sélectionné pour ses aptitudes particulières, comme son bon contrôle des paramètres et le faible endommagement produit dans le métal de base. Puis, deux métaux d’apport ont été testés – les alliages 5356 et 6061 – avec deux stratégies de réparation : le soudage et le rechargement. Les résultats d’essais mécaniques ont démontré que le rechargement avec l’aluminium 5356 est l’option la plus adaptée pour cette application. Les essais sur pièce réelle ont prouvé la pertinence de cette approche.La zone affectée thermiquement générée, dans l’alliage 6061, par les procédés de soudage à l’arc a également été caractérisée. Il a été mis en évidence une variation de la microstructure associée aux changements de propriétés mécaniques de cette zone. Enfin, les essais exploratoires de soudage homogène à l’arc, c’est-à-dire, avec le métal d’apport en 6061, ont prouvé qu’il était possible, dans certaines conditions, de souder sans générer de fissuration, bien que, cet aluminium soit réputé comme étant insoudable de cette manière. / This study responds to an industrial demand of repair using an arc welding process. It concerns an aeronautical piece made in 6061 aluminium alloy. The first part of the study is devoted to the comparison of processes Metal Inert Gas (MIG), pulsed MIG, Tungsten Inert Gas and MIG Cold Metal Transfer (CMT). It is the latter process that was selected for its special abilities, such as its good control of parameters and the low damaging produced in the base metal. Then, two filler alloys were tested – 5356 and 6061 aluminium alloys– with two repairing strategies : welding and building up. The results of mechanical tests showed that building up with aluminum 5356 is most suitable option for this application. The trials on the real piece showed the relevance of this approach.The heat affected zone generated by the arc welding process in the 6061 base metal was also characterized. It was shown a varaition of microstructure associated with the change of mechanical properties in this zone. Finally, exploratory trials of homogeneous arc welding, i.e., with the 6061 filler alloy showed that it was possible, with certain conditions, to weld without generating weld cracking, although, this aluminium is deemed unweldable by this way.

La recherche permanente de solutions d’allègement des structures aéronautiques a conduit au développement de nouveaux alliages comme les Al-Cu-Li et les Al-Mg-Li qui se caractérisent par une densité inférieure aux alliages conventionnels et par des propriétés améliorées. De manière générale, la formabilité de ces alliages, que ce soit à froid ou à chaud est encore assez mal connue. Le projet « Formage avancé des alliages basses densité pour application aéronautique » se propose donc de caractériser précisément la plage de formabilité de ces nouveaux alliages et d’investiguer les voies de mise en œuvre les plus adaptées : procédé d’étirage conventionnel ou procédé de mise en forme pendant une étape de traitement thermique. Ce projet regroupe les entreprises AEROLIA SAS, ACB, AIRBUS Operation SAS et CONSTELLIUM.Ces développements seront destinés au fuselage métallique et plus particulièrement à la structure pointe-avant qui présente une géométrie en double courbure ; ils concernent à la fois les panneaux de fuselage et les profilés. / The ongoing researches to lighten aeronautical structures have led to the development of new materials like Al-Cu-Li and Al-Mg-Li alloys. These alloys exhibit lower density and higher mechanical properties than conventional alloys. However, their ability to be formed either by cold or hot forming process is not well known. The aims of this PhD research works are thus to characterize the formability of these new alloys and to suggest the most appropriate forming sequence to elaborate complex aeronautic parts. Various forming processes will be studied such as cold forming by stretching of sheet metal parts or hot forming by stamping of sheet metal parts after or during different heat treatments. An experimental as well as a numerical approach will be used to develop the forming process of these new alloys to elaborate fuselage panels with more or less complex shapes. These PhD research works are a component of a larger project led by IRT Jules Verne and entitled “Advanced forming of low density alloys for aeronautic applications”. This project includes several firms from aeronautic domain (AEROLIA SAS, ACB, AIRBUS SAS and CONSTELLIUM).

Les composés hybrides organiques-inorganiques représentent une classe intéressante de matériaux dotés d'un très large éventail d'applications potentielles dans les revêtements protecteurs, les micro-optiques, conducteurs ioniques, membrane échangeuse de protons etc. Depuis le début des années 1990, le développement de la chimie sol-gel, dite «Chimie Douce», a donné naissance à une nouvelle ère de matériaux hybrides, où des conditions douces de synthèse ont permis un accès simplifié aux matériaux nanocomposites. Parmi les divers précurseurs sol-gel, des organoalkoxysilanes sont très attractifs en raison de leur stabilité, leur faible toxicité et de leur accessibilité. Mais l'insolubilité de ces précurseurs a jusqu'à présent limité leur utilisation dans un procédé sol-gel conventionnel.L'essentiel de la chimie détaillée dans cette thèse porte sur la formation de films hybrides à partir de n-alkylsilanes. Tout d'abord, la partie linéaire et alkyle hydrophobe peut fournir des propriétés barrières à la pénétration de l'eau et des ions, ce qui est un élément clé dans la protection contre la corrosion de substrats métalliques. Deuxièmement, les alkylsilanes possèdent la géométrie et la composition appropriée à un auto-assemblage pour générer des nanostructures périodiquement ordonnées. Récemment, la recherche menée dans le LPIM à Mulhouse démontré le potentiel d’une photopolymérisation inorganique sans solvant. Basée sur la photogénération de superacides par photolyse de sels d'onium qui sont photoamorceurs cationiques classiques, cette voie offre une chance pour étudier l’aptitude de film à base d’alkylsilanes pour la protection des métaux (Partie I) et l'assemblage supramoléculaire (Partie II). / Hybrid organic-inorganic materials have attracted tremendous attention due to their wide range of potential applications in protective coatings, micro-optics, ionic conductors, proton-exchange membrane and so on. Since the early 1990s, the development of sol-gel chemistry (“Chimie Douce”) has given birth to a new age of hybrid materials, where mild synthetic conditions allowed a simplified access to well dispersed and chemically designed nanocomposite materials. Among various sol-gel precursors, organo alkoxysilanes are very attractive because of their superior stability compared to other hybrid precursors, low toxicity and accessibility. However, their insolubility in polar solvents and water has so far limited their use in conventional classic hydrolytic sol-gel procedure.In this thesis, the combination of a UV-driven solvent-free sol-gel process simultaneously to organic photopolymerization has been introduced to form hybrid films based on simple n-alkylsilane building blocks. Based on the photogeneration of superacids under photolysis of onium salts that are conventional photoinitiators, this pathway offers a new chance to investigate alkylsilanes in metal corrosion protection (Part I) and supramolecular assembly (Part II). As the linear and hydrophobic alkyl moiety can provide barrier-properties to the penetration of water and ions, which is a key feature in the corrosion protection of metallic substrates, in part I, the effect of alkyl chain structure of the alkylsilanes as well as their proportions on the corrosion resistance properties has been studied by Salt spray tests and Electron impendence spectroscopy. Furthermore, an effort to correlate the corrosion resistance and coating structure was made as a range of characterization techniques have been implemented (Real time FTIR, 29Si solid state NMR and contact angle measurement). Secondly, alkylsilanes have the proper geometry and composition to self-assemble and generate periodically ordered nanostructures. In part II, the influence on the mesostructure, alkyl chain packing arrangement and its conformational order, which come from alkyl chain length of the silane precursors and the experimental conditions (light intensity, temperature and humidity), has been investigated depending on various characterization techniques (X ray diffraction, microscope, solid state NMR, RT-FTIR). As an application example, a patterned 3D multilayer crystalline organosilica film has been amplified via a facile photopattrerning pathway.

Un procédé de synthèse de dépôts nanostructurés de céramiques à bases d’aluminium au sein de composites carbone/carbone (C/C) est développé. Il consiste à synthétiser à partir de précurseurs dissout en solution aqueuse des nano-particules de morphologies variées. La maîtrise du procédé se déroule en deux étapes. Dans un premier temps une étude sur substrat plan permet de saisir les points clés du procédé, puis l’adaptation de la synthèse au sein d’un échantillon massif permet le changement d’échelle à des échantillons fibreux. Quatre gammes d’éprouvettes de matériaux densifiés sont ainsi élaborées. La caractérisation des matériaux permet de prouver la bonne cohésion de ceux-ci et de mesurer plusieurs propriétés mécaniques et structurales.En complément plusieurs interfaces carbone|alumine ou nitrure d’aluminium sont simulées par une approche de dynamique moléculaire ab initio. La méthode choisie pour générer les modèles consiste à simuler la trempe d’un carbone amorphe à haute température sur une surface céramique immobile, puis de relaxer les contraintes.Des disparités sur l’organisation structurale des nano-structures et en particulier sur l’orientation des plans de graphène générés vis-à-vis de la surface sont observées en fonction des modèles. Lorsque les plans sont plutôt perpendiculaires à la surface, l’interface est constituée de nombreuses liaisons fortes et le comportement en simulation de traction est bon, tandis que des plans parallèles entrainent une interface et un comportement faible.Enfin, la caractérisation HRTEM de certains matériaux élaborés permet d’identifier expérimentalement des interfaces semblables à celles obtenus par les modèles. / A hydrothermal-like process to introduce nano-structured alumina and aluminum nitride in carbon/carbon (C/C) composites is developped. Starting from dissolved reactants in an aqueous media,nanoparticules with various morphology are synthesised. The understanding and control of the processis completed in two steps. In the former the study on simplewafer type substrat allows to identifythe key parameters of the process. During the latter a scaling up of the process is done to allow thesynthesis in situ of C/C composites. The microstructural and some mechanical characterization ofthe four ranges of material produced is achieved.In addition several carbon|alumina and carbon|aluminumnitride are simulated using an ab initiomolecular dynamic approach. The methdology to generate the models consists in sumulating theliquid quench of a high temperature amorphous carbon inbetween fixed ceramic surface, then torelease the constrains. Depending on the system, different organisations of the nano-carbons withinthe surfaces are identified : when the graphene sheets are pependicular to the surface, the modelshows an important number of strong bonds and the simulation traction behavior is good, whereaswhen they are parallel to the surface it leads to weak interface and mechanical behavior.Finally HRMET charasterization of some of the materials produced allows to identify experimentalinterfaces alike to those obtained during themolecular dynamic simulations.

En motorisation, les problèmes liés à la compatibilité ‘matériaux-liquides de refroidissement’ sont complexes du fait de leur nature et de leur fonction, mais ils peuvent être résolus en modifiant la forme des pièces pour contrôler l’écoulement ou par l’addition d’inhibiteurs de corrosion efficaces. Ceux-ci sont très utilisés dans l’industrie automobile et doivent sans cesse être optimisés et adaptés à l’évolution des matériaux. Et, pour répondre aux contraintes actuelles de consommation et d’environnement, de plus en plus de motoristes optent pour l’aluminium ou ses alliages. Dans ce travail nous avons caractérisé le comportement en corrosion d’un alliage Al-Mn et d’un nouveau matériau, dit ’’matériau sandwich’’ constitué d’un cœur en alliage Al-Mn recouvert par placage sur chaque face d’une mince plaque d’alliage Al-Si et donc de structure Al-Si/Al-Mn/Al-Si en contact avec un liquide de refroidissement commercial dénommé Glaceol D. Celui-ci contient dans sa formulation un inhibiteur de corrosion, le tolytriazole. Cette étude de caractérisation comportementale de ces matériaux a été menée à partir de tests électrochimiques stationnaires classiques (suivi de potentiel en temps, tracés de courbes potentiodynamiques, détermination de résistances de polarisation), couplés à des observations métallographiques. Les principaux paramètres retenus ont été d’une part l’influence d’un prétraitement de surface du métal, et les conditions physicochimiques du milieu d’étude comme la teneur en produits actifs (en choisissant la dilution du Glaceol D, on fixe la teneur en inhibiteur), la nature de l’eau de dilution (permutée ou enrichie en NaCl) et la température : soit maintenue constante (entre la température ambiante et 80°C) soit en cyclage thermique. D’autre part, et ceci a permis d’établir la supériorité de comportement du matériau sandwich, nous avons, pour comparaison, testé aussi dans nos conditions de concentration et de température, l’aluminium pur 99,99%. Outre cet inhibiteur classique et industriellement utilisé, contenu dans la formulation du produit commercial recommandé par l’entreprise automobile franco-roumaine ’’Dacia-Renault’’, nous avons tenté une nouvelle approche originale en testant l’efficacité d’un inhibiteur vert – extrait de plantes : l’Allium Sativum (ou ail), dont le principal composant actif est l’allicine. Par son groupement fonctionnel de type thiosulfinate R-S(=O)-SR, et les atomes électrodonneurs que sont le soufre et l’oxygène disposant de doublets non liants, ce composé possède les caractéristiques d’un produit filmogène et entre dans la catégorie des nouveaux types d’inhibiteurs verts investigués depuis quelques années. / For motorization, problems related to the compatibility ‘materials cooling liquids’ are complex because of their nature and function. They can be solved either by changing the shape of some parts of engine in order to obtain a better flow, or by introduction of effective corrosion inhibitors. And these later that are very used in the automotive industry, must be always optimized and adapted to the evolution of the materials. Today, the demands connected with carburant consummation and environment lead more and more operators to opt for aluminum and its alloys. In this work, we have characterized the corrosion behavior of Al-Mn alloy and of a new material, namely ''sandwich material'' consisting in a core of Al-Mn alloy veneered on both sides by a thin layer of Al-Si alloy and therefore with a structure Al-Si/Al-Mn/Al-Si in contact with commercially coolant, namely Glaceol D. The later one contains in its composition tolytriazole, as a corrosion inhibitor. This study of behavioral characterization of these materials was carried on using conventional stationary electrochemical techniques as the open circuit potential measurements, the potentiodynamic recordings, the determination of polarization resistance, coupled with metallographic observations. The main parameters considered were the influence of a pretreatment of metal surface and physic–chemical conditions of environmental study as the content of active compounds (by choosing the dilution of Glaceol D, the content of inhibitor is fixed), the nature of the dilution water (deionized or added of NaCl) and temperature: this latter one was chosen either stationary (between room temperature and 80°C) or as a thermal cycling. On the other hand, and that has allowed to establish the better behavior of the sandwich material, we tested the 99.99% pure aluminum, in the same conditions of concentration and temperature. In addition to this traditional and industrially used inhibitor, which is in the composition of the commercial product recommended by the French – Romanian company “Dacia-Renault”, we tried a new original approach by testing the effectiveness of a “green inhibitor” - a plant extract: Allium Sativum (or garlic), where the main active ingredient is allicine. By its functional group type thiosulfinate RS(= O)-SR, and the sulfur and oxygen atoms with non-binding electronic doublets, this compound has the characteristics of a film-forming product and can be put into the category of new types of “green” inhibitors investigated during the last few years.

Afin d’optimiser le procédé de production de culasses automobiles en aluminium et d’améliorer sa fiabilité, une meilleure connaissance du comportement des noyaux de fonderie est nécessaire. Les noyaux sont des matériaux composés de grains de sable liés par une résine en faible proportion, et servent à mouler les conduits et cavités intérieurs des pièces métalliques. Au cours de leur cycle de vie, les noyaux sont amenés à subir de fortes températures et des sollicitations mécaniques complexes. L’objectif de cette étude est de caractériser le comportement thermomécanique des noyaux sous diverses sollicitations selon le taux de liant, la température et surtout l’état de dégradation de ce liant. En particulier, les travaux de cette thèse s’attardent sur les mécanismes d’endommagement et de fissuration des noyaux, dont la compréhension est la clé pour optimiser l’étape de débourrage qui consiste en la fracturation et l’élimination des noyaux. Les résultats de cette thèse serviront par ailleurs à nourrir un modèle numérique simulant le débourrage des pièces. Différents modes de chargements mécaniques ont été étudiés : flexion, compression, cisaillement, push-out, fatigue, fluage ou encore compression œdométrique. Ils correspondent à différents types de sollicitations, avec ou sans confinement du noyau, et permettent de caractériser soit le cœur ou la surface du matériau. L’endommagement peut être suivi grâce à la réalisation de cycles de décharge-recharge. Dans tous les cas, le comportement mécanique du noyau est fortement dépendant des propriétés et de l’état du liant. Ainsi, la dégradation thermique induite par la coulée de l’aluminium liquide modifie et dégrade nettement les propriétés du noyau. Des parallèles peuvent ainsi être dressés entre les propriétés du liant, le comportement mécanique du matériau sable/résine et l’endommagement microstructural observé après rupture. / Better knowledge about the mechanical behavior of foundry sand cores is required in order to optimize the aluminum cylinder head production process. Sand cores allow the casting of complex shape metallic parts and are made of sand grains, bound with a resin in low proportion. Sand cores are subjected to high temperatures and complex mechanical load during the production process. This study aims at characterizing the thermomechanical behavior of sand cores under various loads depending on the binder proportion, the temperature and mostly the binder thermal degradation. Particularly, we focus on the cores damage and fracture mechanisms. The understanding of such phenomena could lead to an optimization of the decoring step, consisting in the fracture and removing of the core from the metallic part. Indeed, the results of this Ph.D. thesis will be used to implement a numerical model of the decoring process. Different kinds of mechanical loads have been studied: bending, compression, shear, push-out, fatigue, creep or also oedometric tests. They correspond to different kinds of load, with or without confining pressure and allow a characterization of the bulk or the surface of the material. The core damage is followed by mechanical tests with unload-reload cycles sequences. For all the cases, the core mechanical behavior is highly dependent on the binder properties and thermal degradation. For example, the thermal degradation induced by the aluminum casting modifies and degrades significantly the core properties. Analogies could be drawn between the binder properties, bonded-sand cores mechanical behavior and the evolution of the fracture surfaces.