Une étude en deux parties du mécanisme des vibrations induites par effet de couronne des conducteurs à haute tension est présentée dans ce travail. Dans la première partie, approche physique, nous avons fait un calcul de la force de réaction due au vent électrique agissant sur une pointe. Il a permis de démontrer que cette force est négligeable comparativement à la force totale produisant les vibrations. Nous avons démontré qu'un conducteur H.T., suspendu par des ressorts au-dessus d'une plaque métallique, vibre lorsqu'une charge d'espace intermittente est injectée entre le conducteur H.T. et la plaque reliée à la terre. Ceci démontre le rôle important de la charge d'espace dans le mécanisme des vibrations induites par effet de couronne, et la nécessité d'étudier numériquement les forces d'interaction électrostatiques entre la charge d'espace et le système conducteur-gouttes. Dans la seconde partie, approche numérique, nous avons utilisé une méthode combinée qui est basée sur les méthodes de simulation de charges de surface et des éléments finis de frontière, afin de déterminer l'influence de la charge d'espace sur le champ électrique à l'extrémité d'une pointe simulant une goutte d'eau suspendue. Nous avons constaté que la présence de la charge d'espace occasionne une baisse considérable du champ électrique à l'extrémité de la pointe. La diminution périodique du champ électrique cause par conséquent une force intermittente qui entraîne les vibrations. L'approche numérique utilisée a également démontré la possibilité de calculer la force répulsive d'origine électrostatique agissant entre la charge d'espace et la pointe.

La stabilité des camions citernes a été le sujet de plusieurs études dans les dernières décennies, les accidents de ces véhicules lourds peuvent causer des ravages affectant la nature et l'humanité. Le renversement est l'un des facteurs les plus influents dans les accidents des camions citernes. Les performances dynamiques de la charge transportée jouent un rôle considérable sur la stabilité du véhicule. La géométrie, le taux de remplissage et le poids de la citerne sont tous des facteurs qui influent directement sur le comportement dynamique du véhicule. Malgré les recherches qui ont été consacrées à l'étude du comportement du liquide à l'intérieur des citernes, peu d'études ont visé l'optimisation du poids du réservoir en utilisant des matériaux légers et résistants tels que l'aluminium. Dans le cadre de cette étude, un nouveau modèle mécanique est développé afin de simuler le mouvement du liquide dans une citerne partiellement remplie, le but de ce modèle est d'évaluer les déplacements latéraux et les fréquences naturelles de la surface libre et du reste du liquide, ainsi que les forces de pression critiques exercées sur les parois de la citerne. Quatre formes de sections latérales ont été abordées et analysées dans le but d'obtenir la meilleure représentation de chacune d'elles et ainsi acquérir des résultats distincts et précis. Par la suite, les valeurs des forces latérales de pression sont utilisées comme étant les forces maximales qui peuvent être générées par le déplacement du liquide dans des conditions opérationnelles. Après avoir sélectionné certains matériaux appropriés à la conception des citernes selon les critères exigées, les épaisseurs des parois sont alors évaluées et comparées aux épaisseurs satisfaisant les conditions de construction imposées par P ASME (American Society of Mechanical Engineers) et le département américain de transport. Ainsi, les poids des différentes formes de réservoirs sont obtenus en fonction des matériaux sélectionnés. Les résultats acquis par le modèle développé dans cette étude ont démontré qu'il est possible de diminuer le poids du réservoir des camions citernes par l'utilisation de certains alliages d'aluminium en laissant une marge importante avec les conditions et normes imposées. Les résultats de cette recherche permettraient de discuter la possibilité de diminuer le poids de la citerne pour les véhicules routiers afin d'améliorer leur performance dynamique et réduire la consommation du carburant.

Le concept de biomimétisme, ou bionique, publié depuis 1969, étudie des régularités structurelles et fonctionnelles des systèmes vivants afin de leur transfert à la technique. Dans la nature, les mouvements sont réalisés par les muscles, tandis que la technique utilise les moteurs. Malgré l'état avancé des technologies conventionnelles d'actionneurs, tels que les actionneurs hydrauliques, pneumatiques et moteurs électriques, il y a une demande croissante dans les domaines de la mécatronique, robotique et bioingénierie, pour actionneurs électromécaniques avec rendement et déformations élevés, flexibles, légers, haute fiabilité et peu coûteux. La diversité des phénomènes physiques des matériaux intelligents (piézoélectriques, électromagnétiques et magnétostrictif, les alliages à mémoire de forme, électro et magnéto-rhéologique, les alliages ferromagnétiques à mémoire de forme et les polymères électroactifs) ouvrir de nouveaux horizons dans la conception et le développement d'actionneurs non conventionnels. Compte tenu de leur grande adaptabilité, les polymères sont de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines. Les capteurs et actionneursà base de polymères est un domaine plus prometteur de polymères intelligents et sont de plus en plus associés à des capteurs et des actionneurs artificiels dans les organismes vivants. Ainsi, depuis les années 90, une attention considérable dans les actionneurs non conventionnels basés à matériaux intelligents à gagné les polymères électroactifs (EAP). Ces matériaux présentent un fort couplage électromécanique et sont par ailleurs très flexibles et très légers. Ils se déforment lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique et peuvent générer un courant ou un champ lorsqu'ils subissent une déformation mécanique. C'est dire qu'ils peuvent être utilisés soit comme actionneurs mécaniques souples, soit en récupération d'énergie sur l'énergie vibratoire. La thèse se divise en sept parties et porte sur la détermination des propriétes diélectriques, mécaniques et électromécaniques de quelques polymères siliconés à base de polydiméthylsiloxane (PDMS) avec des inclusions de SiO2 et TiO2 pour utilisation comme actionneurs dans les applications mécatroniques. Les paramètres diélectriques tels que la constante diélectrique et des pertes diélectriques ont été déterminées par spectroscopie diélectrique présentant des valeurs semblables à celles de la littérature. Les propriétés élastiques ont été étudiées par plusieurs tests mécaniques, tels que traction uniaxiale, compression uniaxiale et tests dans le cas des films circulaires fixés sur les bords et indenté avec pénétrateur sphérique des diamètres différents. Les propriétés électromécaniques des élastomères PDMS-SiO2-TiO2 excités par des tensions continues et alternatives ont été évaluées par des méthodes non destructives, telles que vibrométrie laser à balayage. Aussi, la thèse présente les contributions personnelles sur l'application de la méthode d'analyse par éléments finis (FEA) pour simuler les déformations des élastomères PDMS-SiO2-TiO2 soumis à la traction et compression uniaxiale. / The concept of biomimetism, or bionics, published since 1969, are studying structural and functional patterns of living to transfer them to technics. In nature, the movements are produced by muscles, while the technique uses the engines. Despite the advanced state of conventional actuation technologies such as hydraulic, pneumatic and electric motors, there is a growing demand in the field like mechatronics, robotics and bioengineering for electromechanical actuators with high performance and deformations, flexible, lightweight, high reliability and low cost. The diversity of physical phenomena in smart materials (piezoelectric, electromagnetic and magnetostrictive, shape-memory alloys, electro and magneto-rheological fluids, ferromagnetic shape memory alloys and electroactive polymers) open new opportunities in the design and development unconventional actuators. Due to their high adaptability, the polymers are used increasingly used in many areas. Sensors and actuators based polymers is a promising field of intelligent polymers and are more associated with artificial sensors and actuators in living organisms. Thus, after ’90, a considerable attention in the unconventional actuators based on smart materials was attract by electroactive polymers (EAPs). These materials have a high electromechanical coupling and are also very flexible and very light They deform when they are subjected to an electric field and can generate a current or a field when subjected to a mechanical deformation. Thus, they can be used either as a flexible sensors ans actuators, or generator. The thesis is divided into seven sections and involve the determination of the dielectric, mechanical and electromechanical properties of some silicone based polydiméthylsiloxane (PDMS) with inclusions of SiO2 and TiO2 for use as actuators in mechatronic applications. The dielectric parameters such as dielectric constant loss were determined by dielectric spectroscopy and showed to be similar to those reported in literature. The elastic properties were studied by several mechanical tests, such as uniaxial tension, uniaxial compression and indentation tests of free-standfing circular films. Electromechanical properties of PDMS-SiO2-TiO2 elastomers excited by CD and AC voltages were evaluated by non-destructive methods, such as scanning laser vibrometry. Also, the thesis presents the personal contributions on the implementation of the finite element analysis (FEA) to simulate the deformation of the PDMS-SiO2-TiO2 elastomers subjected to uniaxial tension and compression.

Les structures étudiées sont des tubes en fibres de verre ou de carbone imprégnés de résine époxy et mis en oeuvre par enroulement filamentaire. Ces tubes sont immergés à différentes températures et on étudie leur comportement hygro-thermo-mécanique à l’aide d’essais de caractérisation et de modélisations tenant compte de différents schémas de diffusion. En premier lieu, la morphologie du matériau est analysée par microscopie et microtomographie aux rayons X. Elle révèle des porosités parfois importantes qui influent sur la cinétique de diffusion des matériaux. Une caractérisation mécanique à l’aide d’essais sur tubes sollicités en pression avec et sans effet de fond permet de mettre en évidence une grande variabilité du champ de déformation à la surface des tubes. En complément, des analyses par DMA permettent de quantifier l’effet du vieillissement sur les propriétés mécaniques des matériaux. Plusieurs protocoles expérimentaux sont mis en place afin de quantifier l’effet des contraintes de fabrication et de service sur la diffusion et sur la dilatation hygroscopique des matériaux employés. On étudie la cinétique de reprise en eau et les variations dimensionnelles d’anneaux composites et de tubes sous pression. On constate un ensemble de réponses dépendant du type de fibre de renfort et de la température de vieillissement. On discute de la pertinence de la loi d’Arrhenius afin d’exprimer le coefficient de diffusion en fonction de la température pour les essais d’immersion. Des modélisations de la cinétique de diffusion basées sur la loi de Fick sont identifiées et améliorées afin de mieux représenter les expériences. / The structures studied are tubes made of fiberglass or carbon impregnated with epoxy resin and manufactured by filament winding. These tubes are immersed at different temperatures and their hygrothermomechanical behavior is studied by means of characterization tests taking various diffusion patterns into account. First, the morphology of the material is analyzed by microscopy and X-ray micro-tomography. It reveals porosities which may affect significantly the diffusion kinetics of materials. Mechanical characterization by means of pressuretested tube tests with and without background effect makes it possible to demonstrate a great variability of the strain field at the surface of the tubes. In addition, DMA analyzes allow to quantify the effect of aging on the mechanical properties of materials. Several experimental protocols are set up to quantify the effect of manufacturing and service stress state on the diffusion and moisture expansion of the materials used. The kinetics of water absorption and geometric variations of composite rings and pressure tubes are studied. A set of responses is observed depending on the type of reinforcing fiber and the aging temperature. The relevance of Arrhenius' law is discussed in order to express the diffusion coefficient as a function of temperature for immersion tests. Diffusion kinetics models based on Fick's law are identified and improved to better represent the experiments.

Cette recherche doctorale porte sur la perte des propriétés mécaniques de différents types de papiers cellulosiques imprégnés dans des fluides isolants, lors de vieillissements thermiques accélérés. Ces deux types de matériaux isolants sont couramment utilisés dans les transformateurs de puissance. Plusieurs autres paramètres ont été mesurés lors de ces vieillissements, soit : les traceurs chimiques issus de la dégradation du papier, l’acidité, la teneur en eau dans le papier et dans l’huile. Cette recherche peut être subdivisée en trois parties distinctes. Dans la première partie, des vieillissements accélérés des papiers Kraft et Kraft thermiquement amélioré (TUK) imprégnés dans l’huile minérale Luminol Tri à 150 °C, 170 °C et 190 °C ont été réalisés dans des cellules en aciers inoxydables scellées. De cette étude, des corrélations quasi linéaires entre la concentration en méthanol, le degré de polymérisation de la cellulose et les propriétés mécaniques des papiers ont été obtenues. L’influence quasi exponentielle de la température sur le vieillissement de la cellulose a été confirmée. En utilisant les équations d’Arrhenius et de Calvini modifiées, les cinétiques de la perte de propriétés mécaniques du papier, de génération du méthanol et la dépolymérisation de la cellulose ont été modélisées. Les résultats obtenus, sur le méthanol et la dépolymérisation, sont en accord avec les valeurs observées dans la littérature scientifique. Le modèle cinétique ainsi obtenu pour déterminer le changement de propriétés mécaniques pendant le vieillissement du papier est en bon accord avec les données expérimentales. Ces résultats prometteurs ouvrent la possibilité de développer des outils pratiques pour surveiller l’etat du papier à l’intérieur des transformateurs de puissance en service. La deuxième partie porte sur la comparaison des résultats obtenus dans l’huile minérale à des vieillissements de papiers imprégnés dans un ester synthétique à impact environnemental réduit, Midel 7131. Présentement, les esters sont introduits en tant que fluide isolant dans les grands transformateurs en raison de leur grande biodégradabilité et leur capacité à ralentir le vieillissement de la cellulose. Cependant, les techniques normalisées utilisées pour analyser les huiles minérales ne peuvent être directement appliquées aux esters. Les esters, en général, génèrent des produits de dégradation avec des concentrations très différentes de celles générées dans les huiles minérales. Les résultats ont montré que le taux de perte de propriétés mécaniques du papier dans l’ester synthétique (Midel 7131- Midel) était plus faible que dans le cas de l’huile minérale isoparaffinique (Luminol Tri - Luminol). De plus, la corrélation entre la concentration en méthanol et les propriétés mécaniques n’est pas linéaire comme dans le cas de l’huile Luminol. À partir d’un certain niveau de dégradation, la concentration du méthanol diminue, probablement causée par une interaction entre des produits polaires provenant de la dégradation de l’ester et le méthanol. Il n’est pas exclu qu’une réaction entre le méthanol et certains composés issus de la dégradation de l’huile surviennent. Pour pallier à cette problématique, le furane (C4H4O) a été proposé comme un potentiel traceur chimique du vieillissement de la cellulose dans l’ester. Une corrélation quasi linéaire a été observée entre la concentration de furane et les propriétés mécaniques du papier. En outre, on a observé que la teneur en acidité totale comme indicateur de dégradation du papier n’était pas utile pour les esters vieillis puisque seule une partie des acides organiques, de faibles poids moléculaires, semble interagir avec le vieillissement de la cellulose. La troisième et dernière partie est axée sur l’amélioration de la compréhension du processus de vieillissement des papiers cellulosiques thermiquement amélioré avec différents pourcentages de teneur en azote. Des échantillons de papier contenant respectivement : 1,4 %, 2,6 % et 4,4 % en poids d’azote, imprégnés avec l’huile minérale isoparaffinique (Luminol) ont été vieillis à 170 °C. Les résultats montrent que l’augmentation des additifs azotés contribue à ralentir la perte des propriétés mécaniques des papiers et la dépolymérisation des chaînes de cellulose. Une amélioration importante en matière de propriétés mécaniques et de dépolymérisation du papier entre 1,4 % et 2,6 % d’azote a été observée. Cependant, une amélioration marginale a été observée entre les papiers contenant 2,6 et 4,4 % d’azote. On a noté des corrélations linéaires entre la concentration de méthanol, l’indice de traction et le degré de polymérisation indépendamment de la teneur en azote dans les papiers. Ces corrélations ou courbes maîtresses suggèrent que les additifs azotés ralentissent le processus de vieillissement de la cellulose, mais, ne modifient ni n’éliminent aucune étape du vieillissement de cette dernière. Le dicyandiamide, additif azoté initialement ajouté aux échantillons de papier, semble se dégrader rapidement en d’autres composés azotés. Cependant, ces composés dégradés semblent être fixés au papier et continuent à ralentir le vieillissement. Cette hypothèse provient du fait que la teneur totale en azote organique mesurée par la méthode de Dumas était pratiquement constante pendant tout le vieillissement. Les résultats décrits dans les trois parties contribuent grandement à l’avancement du domaine du vieillissement de l’isolant cellulosique et permettent de proposer des outils de diagnostic pour surveiller l’état de dégradation du papier isolant. This doctoral research focuses on the loss of mechanical properties of various types of cellulosic paper impregnated in insulating fluids during accelerated thermal aging. These two types of insulating materials are commonly used in power transformers. Several other parameters were measured during the aging process: chemical makers produced from paper degradation, acidity, water content in paper and in oil. This research can be subdivided into three distinct parts. In the first part, accelerated aging of Kraft and thermally upgraded Kraft (TUK) papers impregnated with mineral oil (Luminol Tri) at 150 °C, 170 °C, and 190 °C was performed in sealed stainless steel cells. From this study, quasi-linear correlations among the methanol concentration, the degree of polymerization of the cellulose and the mechanical properties of the papers were obtained. The quasi-exponential influence of temperature on the aging of cellulose has been confirmed. Using the Arrhenius and modified Calvini equations, the kinetics of the loss of mechanical properties of the paper, methanol generation and depolymerization of the cellulose were modelled. The results obtained, the methanol and the depolymerization, are in agreement with the values observed in the scientific literature. Thus, the kinetic model obtained to determine the change in mechanical properties during the aging of the paper is consistent with the experimental data. These promising results open the possibility of developing practical tools for monitoring the condition of paper inside power transformers in service. The second part focuses on the comparison of the results obtained in mineral oil with aging of impregnated papers in a synthetic ester with reduced environmental impact (Midel 7131- Midel). Currently, esters are introduced as insulating fluid in large transformers due to their high biodegradability and their ability to slow down the aging of cellulose. However, standard techniques used to analyze mineral oils cannot be directly applied to esters. The esters, in general, generate degradation products with concentrations very different from those generated in mineral oils. The results showed that the rate of loss of mechanical properties of the paper in the synthetic ester was lower than in hydrotreated isoparaffin base fluid (Luminol Tri- Luminol). Moreover, the correlation between the methanol concentration and the mechanical properties is not linear as in the case of the Luminol oil. At certain level of degradation, the concentration of methanol disappears, probably caused by an interaction between polar products resulting from the degradation of the ester and methanol. It is not excluded that a reaction between methanol and certain compounds resulting from the degradation of the oil will occur. To overcome this problem, furan (C4H4O) has been proposed as a potential chemical marker of cellulose aging for esters. A quasi-linear correlation was observed between the furan concentration and the mechanical properties of the paper. Furthermore, it has been observed that the total acidity content as an indicator of degradation was not useful for the aged esters since only a part of the organic acids, with low molecular weight, seems to interact with the aging of the cellulose. The third and final part focuses on improving the understanding of the aging process of thermally upgraded cellulosic papers with different percentages of nitrogen content. Samples of paper containing 1.4%, 2.6% and 4.4% by weight, respectively, of nitrogen impregnated with Luminol oil were aged at 170 °C. The results show that the increase in nitrogen additives contributes to slowing the loss of the mechanical properties of the papers and the depolymerization of the cellulose chains. A significant improvement in mechanical properties and paper depolymerization between 1.4% and 2.6% nitrogen was observed. However, a marginal improvement was observed between papers containing 2.6 and 4.4% nitrogen. Linear correlations among methanol concentration, tensile index, and degree of polymerization were noted independently of the nitrogen content in the papers. These correlations or master curves suggest that nitrogen additives slow down the aging process of cellulose, but do not alter or eliminate any stage of aging of the cellulose. Dicyandiamide, a nitrogen additive initially added to paper samples, appears to degrade rapidly into other nitrogen compounds. However, these degraded compounds appear to be fixed to the paper and continue to slow down aging. This hypothesis stems from the fact that the total organic nitrogen content measured by the Dumas method was practically constant throughout the aging process. The results described in the three parts significantly contribute to the advance of the cellulosic insulation aging domain and allow to propose diagnostic tools to monitor the degradation state of the insulating paper.

L’intérêt des composites à fibres naturelles pour les applications en ingénierie ne cesse de croître à cause de ces propriétés mécaniques intéressantes et de nouveaux règlements environnementaux. L’usage de ce nouveau matériau pour des applications en ingénierie nécessite cependant des études approfondies au niveau de leur comportement à long terme. En effet, ces composites dans le cadre d’une application industrielle vont être sollicités au cours de leur utilisation à des environnements hostiles (vieillissement) et à des contraintes mécaniques à long terme (fatigue, fluage, etc.). Le manque de données ou d’études sur leur durabilité peut constituer un frein au développement à l’échelle industrielle de ces composites. Par conséquent, l’étude du comportement à long terme des composites à fibres naturelles constitue une priorité pouvant permettre aux ingénieurs-praticiens de disposer des données fiables sur leur comportement à long terme afin de garantir la viabilité économique de ce matériau et des clauses sécuritaires pour des produits fabriqués à partir des composites à fibres naturelles. En conséquence, le but principal de cette thèse est d’étudier le comportement à long terme d’un matériau composite à fibres naturelles de lin/époxy en fatigue mécanique et au vieillissement cyclique. Plusieurs méthodes et analyses d’évaluation d’endommagement ont été utilisées en vue de comprendre la dégradation des propriétés mécaniques et chimiques de ce matériau au cours de sa durée de vie. Ses propriétés mécaniques spontanées et thermomécaniques ont été analysées préalablement afin de disposer des données suffisantes pour l’évaluation de son comportement à long terme. L’influence du vieillissement hydrothermal sur ses propriétés mécaniques a été évaluée. Les différents mécanismes d’endommagement liés à leurs sollicitations mécaniques et environnementales ont été étudiés à l’aide de la méthode d’émission acoustique et par les analyses microstructurales. Les résultats montrent que ce composite reste un matériau à fort potentiel pour des applications de structure en termes de propriétés mécaniques et durabilité en fatigue. Cependant, il reste sensible à l’influence du vieillissement hydrothermal qui génère une certaine dégradation de ces propriétés. On peut toutefois remarquer la bonne performance en fatigue hygrothermal de ce matériau. Les analyses des mécanismes de l’endommagement ont montré que la zone interfaciale fibre/matrice semble être la plus touchée par les sollicitations mécaniques et environnementales. Les analyses chimiques ont montré que le traitement chimique des fibres par cyanoéthylation permet de limiter la dégradation rapide du composite. The interest of natural fiber composites for engineering applications is growing due to these interesting mechanical properties and new environmental regulations. However, the use of this new material for engineering applications requires in-depth studies of their long-term behavior. Indeed, these composites in the context of an industrial application will be solicited during their use in hostile environments (aging) and long-term mechanical stresses (fatigue, creep, etc.). The lack of data or studies on their sustainability may be a brake on the industrial scale development of these composites. Therefore, studying the long-term behavior of natural fiber composites is a priority that can be used by engineers. To have reliable data on their long-term behavior in order to guarantee the economic viability of this material and the safe clauses for products made from natural fiber composites. Consequently, the main aim of this thesis is to study the long-term behavior of a natural flax / epoxy fiber composite material in mechanical fatigue and cyclic aging. Several damage assessment methods and analyzes have been used to understand the degradation of the mechanical and chemical properties of this material over its lifetime. Its spontaneous and thermomechanical mechanical properties have been analyzed beforehand in order to have sufficient data for the evaluation of its long-term behavior. The influence of hygrothermal aging on its mechanical properties was evaluated. The various mechanisms of damage related to their mechanical and environmental stresses have been studied using the acoustic emission method and by microstructural analyzes. The results show that this composite remains a material with high potential for structural applications in terms of mechanical properties and durability in fatigue. However, it remains sensitive to the influence of hygrothermal aging which generates a certain degradation of these properties. However, the good hygrothermal fatigue performance of this material can be noticed. Analysis of the mechanisms of damage showed that the fiber / matrix interfacial zone appears to be the most affected by mechanical and environmental stresses. Chemical analyzes have shown that the chemical treatment of fibers by cyanoethylation makes it possible to limit the rapid degradation of the composite.

Lorsqu’on découpe un feuillard à l’aide d’un outil, ou lorsqu’on découpe un tube selon son axe, au fur et à mesure que l’on propage la fissure qui traduit la découpe il arrive que des ondulations de flambage perturbent les deux bords libres générés par la propagation de la fissure. Cette étude vise à analyser les origines de ces ondulations. Nous avons mené une campagne expérimentale, dans laquelle des tubes en acier inox avec différentes géométries (rayon/épaisseur) sont « découpés » selon une génératrice. Une instrumentation adéquate, couplant des mesures ponctuelles, à l’aide de jauges de déformation, et une méthode champ par corrélation d’image, nous a permis de correctement mettre en exergue la phénoménologie, en particulier les cinématiques induites à l’échelle géométrique de la fissure (front de fissure) ainsi qu’à l’échelle du tube, avec les longueurs d’onde de flambage observées à l’aval de la fissure. La modélisation numérique menée en non linéaire géométrique (flambage), matériau (déchirure ductile), et conditions aux limites (contact) est aussi abordée à l’aide du code de calcul Abaqus/Standard. Pour la gestion de la propagation de la fissure, deux modèles de rupture sont proposés. Le premier modèle dit zone cohésive est développé et implanté dans le code Abaqus via la subroutine UEL. Pour la deuxième modélisation, nous avons utilisé le modèle dit « d’endommagement ductile » du code Abaqus. La modélisation via des éléments massifs ou des éléments coques volumiques ainsi que l’utilisation de ces modèles de rupture permettent de corroborer les observations expérimentales. Ces travaux montrent que l’augmentation de la charge inhérente au déplacement de l’outil de « découpe », induit une extension dans la direction circonférentielle et donc une striction dans la direction radiale amenant finalement la rupture. Lors de la rupture, un « sillage plastique » apparait, relativement large, près et parallèle aux bords de la fissure. « Confiné » par les autres parties du tube qui restent élastiques, des contraintes de compression axiale résiduelles apparaissent dans ce sillage plastique, à l’aval de la fissure, leur intensité est suffisante pour produire les ondulations des bords libres qui traduisent un flambage local. Les contraintes résiduelles liées à l’opération de découpe induisent donc le flambage. / When one uses a tool to cut a sheet metal, or a tube according to his axis, as one propagates the crack which translates cutting it arrives that undulations of buckling disturb the two free edges generated by the propagation of the crack. This study aims at analyzing the origins of this behavior. We conducted an experimental campaign, in which stainless steel tubes with various geometries (radius/thickness) are « cut out » according to a generator. An adequate instrumentation, coupling of specific measurements, using strain gauges, and a field method, by digital image correlation, allowed us accurately to put forward phenomenology, in particular the kinematics at the scale of the crack (ahead of crack tip) and at the level of tube, with the wavelengths of buckling observed at the downstream of the crack tip. The numerical modeling taking into account nonlinearities of material (ductile tear), geometry (buckling) and boundary conditions (contact) is also approached using the code Abaqus/Standard. For the management of the crack propagation, two rupture models are proposed. The first model called cohesive zone is developed and implemented in the Abaqus code via the user routine UEL. For the second modeling, we used the model called “ductile damage model” in the Abaqus code. Modeling via solid elements or shell continuum elements as well as the use of these rupture models make it possible to corroborate the experimental observations. These studies show that the increase of the load inherent in the displacement of the tool of « cutting » induced a circumferential extension of the tube that leads to a local necking in the radial direction bringing the rupture finally. During the failure, a “plastic wake” appears, relatively wide, close and parallel to crack lips. Constrained by other parts of the tube which remain elastic, sufficient axial residual compressive stresses produced in this plastic wake produce the undulations which represents a local buckling. The residual stresses related to the operation of cutting thus induce buckling.

Ce mémoire présente le développement d’un montage simulant l’érosion par la pluie afin d’effectuer l’évaluation de différents revêtements glaciophobes dans le domaine aérospatial. Bien que plusieurs revêtements présentent une bonne efficacité à réduire l’adhérence et/ou l’accumulation de glace, ils ne répondent pas nécessairement aux normes de résistance à l’érosion simulée par les gouttes de pluie les frappant à grande vitesse. Il n’existe qu’une installation en Amérique du Nord offrant un service d’essai qui évalue la résistance à l’érosion par la pluie suivant les normes aérospatiales. Étant l’unique institution pouvant faire la certification de peintures utilisées sur les avions en ce qui a trait à l’érosion par la pluie, ce service est donc difficile d’accès et coûteux. Le laboratoire international des matériaux antigivre (LIMA) a développé un essai plus rapide et moins coûteux, facilitant ainsi le développement de revêtements glaciophobes devant résister à l’érosion par la pluie. Dans cette étude, le développement du montage d’érosion par la pluie effectué au laboratoire des matériaux antigivre (LIMA) est présenté. En particulier, des essais sur quatre (4) revêtements dont la résistance à l’érosion est connue, et sur trois revêtements industriels, ont été effectués afin d’ajuster les différents paramètres du montage comme la pression et la température de l’eau ainsi que la robustesse du montage. Ensuite, des essais de sensibilité et de reproductibilité des résultats ont également été effectués pour fin de validation du montage et du protocole expérimental. Pour ce faire, le montage de type jet d’eau développé consiste principalement en une pompe à haute pression qui projette un jet d’eau continu passant par les orifices d’un disque tournant. Cette opération permet de générer une goutte de pluie simulée qui est projetée sur un échantillon de revêtement statique. L’essai est basé sur la norme standard ASTM (Liquid Impingement Erosion Testing, G73-82). La résistance à l’érosion du matériau est déterminée à l’aide du nombre d’impacts subi par l’échantillon obtenu avant la production de dommages visibles. Donc, pour déterminer le niveau d’érosion, quatre sites d’impacts doivent être érodés sur cinq sur le même rang pour le même nombre d’impact. L’analyse des quatre revêtements de résistance à l’érosion connus a été complétée par l’examen microscopique de chaque site d’impact et d’une photo. Le choix des quatre revêtements de résistance à l’érosion connue, allant du plus résistant au moins résistant, a permis de vérifier que le montage était assez sensible pour évaluer les revêtements souvent utilisés dans le domaine aérospatial. De plus, l’évaluation des trois revêtements industriels a permis, pour sa part, de confirmer les résultats obtenus précédemment. Finalement, pour évaluer la sensibilité et la reproductibilité des résultats, de deux à six répétitions pour chaque revêtement a été effectuées donnant des taux d’érosion allant de 100 à 100 000 impacts. L’intervalle des écarts-types varie de ± 0% à ± 47% pour une moyenne de ± 17%. Le critère d’échec a été déterminé à l’aide du nombre d’impacts avant l’apparition de dommage visible ainsi que de la répétabilité des résultats.

In recent years, aluminum and aluminum alloys have been widely used in automotive and aerospace industries. Among the most commonly used cast aluminum alloys are those belonging to the Al-Si system. Due to their mechanical properties, light weight, excellent castability and corrosion resistance, these alloys are primarily used in engineering and in automotive applications. The present thesis is aimed at investigating the effects of different additives and heat treatments on the mechanical properties of the Al-2.4%Cu-1.2%Si-0.4%Mg-0.4%Fe-0.6%Mn or 220 type alloys, a casting alloy intended for automotive applications. The 220 alloys show a greater response to heat treatment as a result of the presence of both Mg and Cu. These alloy types display good strength values at both low and high temperatures. The research involved here was accomplished through a study of the tensile properties in both the as-cast and heat-treated conditions, where the effects of different heat treatments i.e., T5, T6, T62 and T7 commonly applied to aluminum casting alloys were evaluated at ambient temperature and at high temperature (250°C) using different holding or stabilization times at testing temperature. Six alloys were prepared using 0.15wt% Ti grain-refined 220 alloy, comprising alloy B0 (220 alloy) considered as the base or reference alloy, and five others, viz., alloys B1 and B2, and D0, D1, and D2 containing various amounts of Ni, Cr, V, Zr and La, added individually or in combination. The D-series alloys had a higher Si content of 8 wt%. Tensile test bars were prepared from the different 220 alloys using an ASTM B-108 permanent mold. The test bars were solution heat treated using a single-step or a multi-step solution heat treatment, followed by quenching in warm water, and then artificial aging employing different aging treatments (T5, T6, T62 and T7). The one-step (or SHT 1) solution treatment consisted of 5 hrs @ 495 °C and the multi-step (or SHT 2) solution treatment comprised 5 hrs @ 495°C + 2 hrs @ 515°C + 2 hrs @ 530°C. Ambient temperature tensile testing of the as-cast and heat-treated test bars was carried out using a strain rate of 4 x 10-4s-1 employing a MTS Servohydraulic Mechanical Testing machine. Five test bars were used per alloy composition/heat-treated condition. The high temperature tensile testing was carried out at 250 °C using the same strain rate, where the test bars were stabilized for 1 hr and 200 hrs at 250 °C prior to testing. An Instron Universal Mechanical Testing machine was used for conducting the high temperature tests. Thermal analysis of the various 220 alloy melts was carried out to determine the sequence of reactions and phases formed during solidification under close-to-equilibrium cooling conditions. The main reactions observed in the base B0 alloy comprised (i) formation of the α-Al dendritic network at 640°C, followed by precipitation of (ii) α-iron Al15(Fe,Mn)3Si2 phase at 620°C; and (iii) Al2Cu and Al5Mg8Si6Cu2 phases simultaneously as the final reaction at 495°C. Two more reactions were observed in the alloy B2 with the addition of Zr and V to B0 alloy, accompanied by the formation of Mg2Si and AlSiTiZrV phases. The addition of Cr (0.2%) in alloys B2 and D2 helped in reducing the detrimental effects of the platelet-like morphology of the β-Al5FeSi iron intermetallic phase by replacing it with the more compact and hence less harmful script-like α- Al15 (Fe,Mn)3Si2 phase and sludge particles. Three new reactions were observed in the alloy D2 with the addition of Zr, Cr, Ni, V and La, corresponding to the formation of AlSiCuNiLa, AlNiSiZrCuFe and AlFeMnCrSiVNi phases. With the use of the multi-step solution treatment – involving higher solution temperatures and longer durations, an increased amount of incipient melting is expected to occur. The D-series alloys (containing a higher Si content) showed much smaller porosity/incipient melting in the as-cast condition compared to the (B-series) alloys. The tensile data showed that the UTS and percentage elongation values of the six alloys increased in the one-step solution heat-treated condition compared to the as-cast case. The multi-step solution heat treatment displayed higher tensile properties than those achieved with SHT 1 treatment. The use of the T62 treatment (multi-step solution treatment) allows for maximum dissolution of the copper phases in the multiple stages of solution treatment, resulting in the greatest improvement in both UTS and YS. At ambient temperature, T6 and T62 treatments provide the best improvements in both UTS and YS values of all alloys. The UTS of the as-cast alloy B0 improved by ~ 18% following the SHT-1 treatment (495°C/5h) compared with other alloys. In the B-series, the T62-tempered B1 alloy showed maximum improvement with a UTS value of ~401.55 MPa. Likewise, in the D-series also, the T62-tempered D1 alloy displayed the highest UTS with a value of ~293.5 MPa. The yield strength values improved overall after solution treatment. The YS values followed the same trend as the ultimate tensile strength at both ambient and high temperature testing. At high temperature testing at 250°C after one hour stabilization, the ultimate tensile strength of the alloys increased with the T6 and T62 heat treatment conditions, but remained the same after T5 heat treatment; the highest UTS value was exhibited by the T62-tempered B2 alloy with ~195 MPa. All alloys displayed tensile strength values higher than those exhibited by the base alloy B0 in the T7-tempered condition. The lowest ductility values were observed for the T62-tempered alloys, while all T7-tempered alloys show maximum ductility. After 200 hours stabilization, the alloy strength increased after the T5 heat treatment but decreased in the T6 and T62-tempered conditions; the alloy B2 showed maximum strength in the T5-tempered condition (B-series) with ~ 135 MPa, followed by the T5-tempered D1 alloy, with ~130 MPa. The highest ductility values were observed in the T6 and T62 conditions whereas the T5-treated alloys exhibited the lowest ductility values, with the D1 and D2 alloys showing the same ductility as in the as-cast condition. The use of quality charts, color contour maps and ΔP plots constructed from the tensile test data - as was done in the present study - facilitates selecting the appropriate metallurgical conditions for tailoring the alloy properties to match those required for a specific application. Dans les dernières années, l’aluminium et ses alliages ont été largement utilisés dans l’industrie automobile et aérospatiale. Parmis les alliages les plus commun, ceux appartenant à la famille Al-Si sont les plus utilisés. Dû à leurs propriétés mécaniques, leurs poids légers, leur excellente coulabilité et leur résistance à la corrosion, ces alliages sont principalement utilisés dans des applications d’ingénieries et automobiles. La présente thèse vise à étudier les effets de différents additifs et traitements thermiques sur les propriétés mécaniques des alliages Al-2,4% Cu-1,2% Si-0,4% Mg-0,4% Fe-0,6% Mn ou 220, un alliage de coulée destiné pour les applications automobiles. Les alliages type 220 montrent une plus grande réponse au traitement thermique en raison de la présence de Mg et de Cu. Ces types d'alliage présentent de bonnes valeurs de résistance aux températures basses et hautes. La recherche impliquée ici a été réalisée grâce à une étude des propriétés de traction dans les conditions brutes de coulée et de traitement thermique, où les effets de différents traitements thermiques, c'est-à-dire T5, T6, T62 et T7 couramment appliqués aux alliages de moulage d'aluminium ont été évalués à Température ambiante et à haute température (250°C) en utilisant différents temps de maintien ou de stabilisation à la température de test. Six alliages ont été préparés en utilisant un alliage 220 raffiné avec à 0.2 - 0,15% Ti, comprenant de l'alliage B0 (alliage 220) considéré comme l'alliage de base ou de référence et cinq autres, à savoir les alliages B1 et B2 et D0, D1 et D2 Contenant diverses quantités de Ni, Cr, V, Zr et La, ajoutées individuellement ou en combinaison. Les alliages de la série D avaient une teneur en Si supérieure de 8% en poids. Des barres de test de traction ont été préparées à partir des différents alliages 220, en utilisant un moule permanent ASTM B-108. Les barres d'essai ont été traitées thermiquement par mise en solution en utilisant une seule étape ou à plusieurs étapes, suivi de la trempe dans de l'eau tiède, puis du vieillissement artificiel en utilisant différents traitements (T5, T6, T62 et T7). Le traitement de mise en solution en une étape (ou MES 1) était constitué de 5 heures à 495°C et le traitement à la solution multi-étages (ou MES 2) comprenait 5 heures à 495°C + 2 heures à 515°C + 2 heures à 530°C. Les essais de traction à la température ambiante des barres d'essai brut de coulée et traités thermiquement ont été effectués à une vitesse de déformation de 4 x 10-4s-1, en utilisant une machine de contrôle mécanique servohydraulique MTS. Cinq barres d'essai ont été utilisées par composition alliée / état traité thermiquement. L'essai de traction à haute température a été effectué à 250°C avec le même taux de déformation, où les barres d'essai ont été stabilisées pendant 1 heure et 200 heures à 250°C avant l'essai. Une machine ‘’Universal Mechanical Testing’’ a été utilisée pour effectuer des essais à haute température. L'analyse thermique des diverses mélanges d'alliages 220 a été effectuée pour déterminer la séquence de réactions et les phases formées lors de la solidification dans des conditions de refroidissement proches de l'équilibre. Les principales réactions observées dans l'alliage de base B0 comprenaient (i) la formation du réseau dendritique α-Al à 640°C, suivie de la précipitation de (ii) la phase α-fer Al15 (Fe, Mn) 3Si2 à 620°C; Et (iii) les phases Al2Cu et Al5Mg8Si6Cu2 simultanément en tant que réaction finale à 495°C. Deux autres réactions ont été observées dans l'alliage B2 avec addition d'alliage Zr et V à B0, accompagné de la formation de phases Mg2Si et AlSiTiZrV. L'ajout de Mn (0,8% en poids) Cr (0,2%) dans les alliages B2 et D2 a contribué à réduire les effets néfastes de la morphologie plaquettaire de la phase intermétallique de fer β-Al5FeSi en le remplaçant par le plus compact et donc moins nocif des particules de phase de type α-Al15 (Fe, Mn) 3Si2. Trois nouvelles réactions ont été observées dans l'alliage D2 avec addition de Zr, Cr, Ni, V et La, ce qui correspond à la formation de phases AlSiCuNiLa, AlNiSiZrCuFe et AlFeMnCrSiVNi. Avec l'utilisation du traitement de mise en solution multi-étapes, impliquant des températures de solution plus élevées et des durées plus longues, une quantité accrue de fusion initiale devrait se produire. Les alliages de la série D (contenant une teneur en Si plus élevée) ont montré de porosité beaucoup plus petite dans l'état brute de coulée en comparaison des alliages (séries B). Les données de traction ont montré que l'UTS et les valeurs du pourcentage d'élongation des six alliages, augmentaient dans le traitement thermique de mise en solution à une étape par rapport à l'état brut de coulé. Le traitement thermique de mise en solution multi-étapes a montré des propriétés de traction plus élevées que celles obtenues avec le traitement MES 1. L'utilisation du traitement T62 (traitement de mise en solution multiétapes) permet une dissolution maximale des phases de cuivre dans les étapes multiples du traitement de la mise en solution, ce qui entraîne la plus grande amélioration tant de l'UTS que de l'YS. À température ambiante, les traitements T6 et T62 fournissent les meilleures améliorations en valeurs UTS et YS de tous les alliages. L'UTS de l'alliage B0 amélioré par ~ 18% suite au traitement MES-1 (495°C / 5h) par rapport aux autres alliages. Dans la série B, l'alliage B1 veillie T62 a montré une amélioration maximale avec une valeur UTS de ~ 401,55 MPa. De même, dans la série D également, l'alliage D1 veillie T62 a affiché le UTS le plus élevé avec une valeur de ~ 293,5 MPa. Les valeurs de limite d'élasticité ont été améliorées globalement après le traitement de la mise en solution. Les valeurs YS ont suivi la même tendance que la résistance à la traction finale aux essais à la fois à température ambiante et à haute température. Lors de tests à haute température à 250°C après une heure de stabilisation, la résistance à la traction finale des alliages a augmenté avec les conditions de traitement thermique T6 et T62, mais est restée la même après le traitement thermique T5; La valeur UTS la plus élevée a été exposée par l'alliage B2 vieille T62 avec ~ 195 MPa. Tous les alliages ont des valeurs de résistance à la traction supérieures à celles exposées par l'alliage de base B0 dans l'état T7-veillie. Les valeurs de ductilité les plus faibles ont été observées pour les alliages vieilles T62, tandis que tous les alliages T7 présentent une ductilité maximale. Après 200 heures de stabilisation, la résistance de l'alliage a augmenté après le traitement thermique T5 mais a diminué dans les conditions T6 et T62; L'alliage B2 a montré une résistance maximale dans l'état vieillie T5 (série B) avec ~ 135 MPa, suivi de l'alliage D1 traités avec T5, avec ~ 130 MPa. Les valeurs de ductilité les plus élevées ont été observées dans les conditions T6 et T62, alors que les alliages traités avec T5 présentaient les valeurs de ductilité les plus faibles, les alliages D1 et D2 présentant la même ductilité que dans l'état brut de coulée. L'utilisation de tableaux de qualité, de cartes de contours de couleurs et de parcelles ΔP construites à partir des données de test de traction - comme cela a été fait dans la présente étude - facilite le choix des conditions métallurgiques appropriées pour adapter les propriétés de l'alliage à celles requises pour une application spécifique.

The present work was carried out on a series of heat-treatable aluminum-based aeronautical alloys containing various amounts of magnesium (Mg), iron (Fe), strontium (Sr) and beryllium (Be). The design of aeronautical alloys requires the use of these particular alloys for their strength and ductility. These properties can be further enhanced by controlling the added alloying elements as well as the heat treatment parameters. The objective of the present work was to determine the effect of the interactions between element additions and heat treatment on the alloy microstructure and mechanical properties. Tensile test bars (dendrite arm spacing ~ 24μm) were solutionized for either 5 or 12 hours at 540°C, followed by quenching in warm water (60°C). Subsequently, these quenched samples were aged at 160°C for times up to 12 hours. Microstructural assessment was performed using a thermal analysis technique, image analysis and field emission scanning electron microscopy. All heat-treated samples were pulled to fracture at room temperature using a servo-hydraulic tensile testing machine. The results show that Be causes partial modification of the eutectic silicon (Si) particles similar to that reported for Mg addition. Addition of 0.8 wt.% Mg reduced the eutectic temperature by ~10°C. During solidification of alloys containing high levels of Fe and Mg, without Sr, a peak corresponding to the formation of a Be-Fe phase (Al8Fe2BeSi) was detected at 611°C, which is close to the formation temperature of α-Al. The Be-Fe phase precipitates in a script-like morphology. A new quinary eutectic-like reaction was observed to take place near the end of solidification of high Mg, high Fe, Be-containing alloys. This new reaction is composed mainly of fine particles of Si, Mg2Si, π-Al8Mg3FeSi6 and (Be-Fe) phases. The volume fraction of this reaction decreased with the addition of Sr. The addition of Be has a noticeable effect on decreasing the β-phase length, or volume fraction, this effect may be limited by adding Sr. Beryllium addition also results in the precipitation of the β-phase in a nodular form, which reduces the harmful effects of these intermetallics on the alloy mechanical properties. Increasing both Mg and Fe levels led to an increase in the amount of the π-phase; increasing the iron content led to an increase in the volume fraction of the partially soluble β- and π-phases, while Mg2Si particles were completely dissolved. The β-phase platelets were observed to undergo changes in their morphology due to the dissolution, thinning, necking and fragmentation of these platelets upon increasing the solutionizing time. The π-phase was observed to dissolve and/or transform into a cluster of very fine β-phase platelets. In the as-cast conditions, increasing the Mg content leads to increased transformation of β-phase platelets into Chinese-script π-phase, regardless of the Fe content. This, in turn, decreases the harmful effect of the β-phase. Increasing the solutionizing time leads to a decomposition of the π-phase to the β-phase, fragmentation of the β-phase and spheroidization of both the eutectic Si and the π-phase particles, thus improving alloy tensile properties. Two mechanisms of Mg2Si precipitate coarsening were observed to occur: (1) Ostwald ripening in the solution heat-treated samples and (2) clustering. Coarsening increases with increased solution heat treatment time, increased aging time, as well as with greater Mg contents. Increased Fe levels decrease the alloy quality index (Q) values, whereas adding Mg increases them. Introducing Be, in spite of it being a toxic material, Sr, or both, simultaneously improves the alloy quality index values, regardless of solutionizing time or Fe and Mg levels. Quality index values increase with solution heat treatment time from 5 to 12 hours. Higher Mg contents lead to an increase in alloy ductility, ultimate tensile strength (UTS) and yield strength (YS), while higher Fe levels can drastically decrease these properties. For the same levels of Fe and/or Mg, Be and Sr have significant effects in improving alloy mechanical properties; these effects can be readily observed in low levels of Fe and high Mg contents. Beryllium addition is beneficial in the case of high Fe contents as it lowers the harmful effects of Fe-phases in Al-Si alloys. In the case of high Fe contents, it seems that the addition of 500 ppm of Be is not sufficient for all interactions with other alloying elements. During the melting process the formation of Be-Sr phase (probably SrBe3O4 compound) decreases the free Be content and hence the alloy mechanical properties. The role of Be in preventing the oxidation of Mg and in changing the chemistry and morphology of the Feintermetallics is observed through improved mechanical properties of Be-containing alloys. The partial modification effect of both Mg and Be appears to improve the alloy tensile properties. Solutionizing and aging times are important parameters affecting the alloy tensile properties. The Mg2Si precipitates were confirmed to be the main hardening components of the 356 and 357 alloys investigated. The yield strength increases with greater Mg levels, reduced Fe levels, addition of Be, Sr-modification, solution heat treatment time and aging time. In the aeronautical industry, design considerations are influenced by the YS. Therefore, an increase in the YS is of significance. The present work was extended to include an investigation of the experimental 7073 aluminum alloy. The results show that a solution heat treatment of 48 hours at 460°C and 470°C resulted in dissolution of the Mg- and Cu-rich phases, whereas the Fe-rich phases remained in the matrix. Increasing the solution temperature to 485°C resulted in incipient melting of the Cu-rich phases. The use of proper additives, cold/hot deformation, homogenization and aging, as applied in this study, shows that 7075 alloys have the potential to reach UTS levels as high as 980 MPa. Alloy ductility could be improved by using proper casting technology. The results of this study also indicate that modification of both alloy composition and casting technique would provide the means to achieve greater percentage elongation values. Energy dispersive spectroscopy spectra taken from the fracture surfaces of solution heat-treated samples pointed towards the dissolution of Zn, Mg and Cu in the aluminum matrix. In contrast, the presence of fragments of Fe-based intermetallic particles were also observed on the fracture surfaces, due to their low solubility in the matrix. The fracture surfaces of aged samples exhibited cleavage fracture due to poor alloy ductility. Ultra-fine dimples, caused by the precipitation of a mixture of fine particles, namely Al2Cu, Mg2Si and MgZn2, were also observed. The marked increase in the alloy strength from adjusting the alloy chemistry and heat treatment parameters may be attributed to uniformly distributed precipitation of a dense ultrafine particles of the Al2Cu phase throughout the matrix. By adjusting the chemical composition of the 7075 alloy with proper casting and heat treatment techniques, the alloy could reach up to 1 GPa with 5-8% elongation. Le présent travail porte sur une série d’alliages d’aluminium traitable thermiquement de qualité aéronautique contenant différentes teneurs en magnésium (Mg), fer (Fe), strontium (Sr) et béryllium (Be). La conception aéronautique nécessite l’utilisation de ces alliages particuliers pour leur résistance et leur ductilité. Ces propriétés peuvent à leur tour être améliorées en contrôlant l’ajout d’éléments d’alliage aussi bien que par les paramètres du traitement thermique. Les objectifs de cette étude étaient de déterminer l’effet que l’interaction entre les éléments d’additions et le traitement thermique avait sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l’alliage. Des éprouvettes d’essai de traction (distance interdendritique ~ 24 m) ont été mises en solution pour des périodes de 5 et 12 heures à 540 °C, suivi d’une trempe à l’eau chaude (60°C). Par la suite, ces échantillons trempés ont été vieillis à 160°C pour une période allant jusqu’à 12 heures. Une analyse microstructurale a été menée en utilisant l’analyse thermique, l’analyse d’images et le microscope électronique à balayage à émission de champs. Toutes les éprouvettes de traction ont été fracturées à la température ambiante en utilisant une machine cervohydraulique d’essai de traction. Les résultats montrent que le Be cause une modification partielle des particules de silicium (Si) eutectique similaire à celle observée lors de l’ajout de Mg. L’addition de 0,8% en poids de Mg a réduit la température eutectique d’environ 10°C. Pendant la solidification des alliages contenant des hautes teneurs en Fe et en Mg, sans Sr, un pic correspondant à la formation des particules de la phase Be-Fe (Al8Fe2BeSi) a été détecté à une température de 611°C, laquelle est près de la température de formation de l’-Al. Le précipité de la phase Be-Fe se présente sous la forme de script. Une nouvelle réaction eutectique quinaire se produisant vers la fin de la solidification des alliages contenant du Be ainsi que des hautes teneurs en Mg et en Fe a été observée. Cette nouvelle réaction eutectique implique de fines particules avec des phases de Si, Mg2Si, -Al8Mg3FeSi6 et de (Be-Fe). La fraction volumique de cette réaction a diminué avec l’ajout de Sr. L’ajout de Be a eu un effet notable sur la diminution de la longueur des particules de la phase , ou sur la fraction volumique, cet effet pourrait être limité par l’ajout de Sr. L’addition de béryllium provoque également la précipitation de la phase sous la forme nodulaire, laquelle réduit les effets néfastes de ces intermétalliques sur les propriétés mécaniques de l’alliage. L’augmentation de la teneur en Mg et en Fe mène à une hausse de la quantité des particules de la phase ; l’augmentation de la teneur en Fe mène à un accroissement de la fraction volumique des phases partiellement solubles et . Un changement de morphologie des plaquettes de la phase a été observé causé par la dissolution, l'amincissement, la striction et la fragmentation de ces plaquettes au fur et à mesure que le temps de mise en solution augmente. La phase se dissout ou transforme en groupement de très fines plaquettes de la phase . À l’état telle que coulée, l’augmentation de la teneur en Mg mène à une transformation accrue des plaquettes de la phase en script chinois de la phase peu importe la teneur en Fe. Ceci réduit, à son tour, l’effet néfaste de la phase. L'augmentation du temps de mise en solution conduit à une décomposition de la phase vers la phase , une fragmentation de la phase et une sphéroïdisation du silicium eutectique et des particules de la phase , améliorant ainsi les propriétés de traction de l’alliage. Deux mécanismes de croissance du précipité Mg2Si ont été observés: (1) la maturation d'Ostwald pour les échantillons traités thermiquement et (2) le regroupement. La croissance augmente avec le temps croissant de mise en solution, de vieillissement et aussi bien qu’avec la teneur en Mg haussant. Une teneur en Fe accrue diminue les valeurs d’indice de la qualité (Q), alors que l'ajout de Mg les augmente. L’ajout de Be, bien qu’il soit un produit toxique, de Sr ou les deux à la fois, améliore les valeurs de l'indice de qualité de l'alliage, indépendamment du temps de mise en solution ou du niveau de Fe et de Mg. Les valeurs de l’index de qualité augmentent avec le temps de mise en solution de 5 à 12 heures. Des teneurs plus élevées en Mg aboutissent à une augmentation de la ductilité, de la résistance à la traction (UTS) et de la limite d’élasticité (YS), tandis que des niveaux plus élevés en Fe peuvent diminuer considérablement ces propriétés. Pour les mêmes teneurs en Fe ou en Mg, le Be et le Sr améliorent considérablement les propriétés mécaniques de l’alliage; ces effets peuvent être facilement observés pour des faibles teneurs en Fe et des teneurs élevées en Mg. L’ajout de Be est bénéfique lorsque la teneur en Fe est élevée car il réduit les effets néfastes de la phase Fe pour les alliages Al-Si. Lorsque la teneur en Fe est élevée, l'addition de 500 ppm de Be semble ne pas être suffisante compte tenu de toutes les interactions avec les autres éléments d'alliage. Pendant le processus de fusion la formation de la phase Be-Sr (probablement le composé SrBe3O4) diminue le Be efficace ainsi que les propriétés mécaniques de l'alliage. Le rôle du Be qui est de prévenir l'oxydation du Mg et en changeant la composition chimique et la morphologie des composés intermétalliques Fe est observable par l'amélioration des propriétés mécaniques des alliages contenant du Be. La modification partielle causée par le Mg et le Be semble améliorer les propriétés mécaniques de traction de l’alliage. Les temps de mise en solution et de vieillissement sont des paramètres importants affectant les propriétés mécaniques de traction. Les précipités Mg2Si sont les principaux composés responsables du durcissement des alliages 356 et 357. La limite d'élasticité augmente avec des teneurs en Mg plus élevées, des teneurs en Fe réduites, l’ajout de Be, la modification par le Sr, le temps de mise en solution et le temps de vieillissement. Dans l’industrie aéronautique, la conception est influencée par la limite d’élasticité. Ainsi, une augmentation de la limite d’élasticité est d’une importance. Une étude de l’alliage d’aluminium expérimental 7075 a été ajoutée au présent travail. Les résultats montrent qu'une mise en solution de 48 heures à 460 °C et 470 °C conduit à la dissolution des particules des phases riche en Mg et en Cu, alors que les particules des phases riches en Fe sont restées dans la matrice. L’augmentation de la température de mise en solution à 485°C a provoqué la fonte hâtive des particules des phases riche en Cu. L'utilisation d'additifs appropriés, de déformation à chaud et à froid, l'homogénéisation et le vieillissement, tel qu'ils sont appliqués dans cette étude, montre que l’alliage 7075 a le potentiel d’atteindre un niveau de résistance à la traction aussi élevé que 980 MPa. La ductilité de l’alliage pourrait être améliorée en utilisant une technologie de moulage appropriée. Les résultats de cette étude indiquent également qu’une modification de la composition des alliages et de la technique de coulée permettrait d’augmenter la ductilité. La spectroscopie de dispersion d’énergie appliquée aux surfaces de rupture des échantillons traités thermiquement démonte une dissolution du Zn, Mg et Cu dans la matrice d'aluminium. En revanche, la présence de fragments de particules intermétalliques de Fe a également été observée sur les surfaces de rupture, en raison de leur faible solubilité dans la matrice. Les surfaces de rupture des échantillons vieillis ont montré une rupture par clivage causée par une faible ductilité de l'alliage. D’ultra-fines fossettes, causées par la précipitation d'un mélange de fines particules, à savoir Al2Cu, Mg2Si et MgZn2, ont également été observées. L’augmentation marquée de la résistance à la traction de l’alliage provenant de l’ajustement de la chimie et des paramètres de traitement thermique peut être attribuée à la distribution uniforme de la précipitation des particules denses ultra-fines de la phase Al2Cu à travers la matrice. En ajustant la composition chimique de l’alliage 7075 jumelé à des techniques de coulée et de traitement thermique appropriées, l’alliage pourrait atteindre 1 GPa avec 5-8% de déformation.