Pour comprendre la structure des dépôts obtenus par projection thermique, il est crucial d'étudier les phénomènes dynamiques et thermiques à l'échelle des particules qui s'écrasent sur le substrat, puis s'étalent et se figent par refroidissement au contact de la cible. En effet les propriétés thermomécaniques des revêtements réalisés par projection thermique sont liées à la qualité du contact entre les lamelles empilées les unes sur les autres. Ce contact dépend de l'impact de la goutte et varie de façon importante en fonction des propriétés physiques de celle-ci (taille, température, vitesse, ...) et de celles du substrat (nature, température, morphologie...). Un grand nombre de phénomènes parasites sont induits lors de l'élaboration de ces revêtements. Ainsi, les dépôts obtenus par projection thermique sont le siège de contraintes mécaniques résiduelles qu'il convient de comprendre de façon qualitative et d'évaluer quantitativement. Les modèles numériques donnent un support pour prédire, interpréter et expliquer les résultats expérimentaux en ce qu'ils permettent d'accéder à des grandeurs difficilement mesurables. <br />Le processus d'écrasement et d'étalement d'une goutte sur une surface solide reste encore un phénomène complexe et mal maîtrisé. Cependant cette étude permet une avancée sensible dans la compréhension de l'étalement par écoulement de la particule liquide et des interactions entre phases solides et liquides d'une part et d'autre part entre gouttes qui s'écrasent simultanément sur la surface solide l'une à côté de l'autre ou bien l'une après l'autre. Elle décrit les méthodes de résolution numérique des équations thermomécaniques d'impact des gouttes liquides (cuivre, zircone, émail) sur des substrats solides et en valide les résultats obtenus par comparaison avec ceux, tant expérimentaux que numériques, obtenus par d'autres auteurs.

Afin de mieux comprendre la géodynamique paléoprotérozoïque et mésozoïque en Guyane et Côte-d'Ivoire, une étude pluridisciplinaire (paléomagnétisme, géochronologie 40Ar/39Ar, et géochimie a été menée sur des dolérites, granitoïdes et roches sédimentaires.<br />L'étude combinée paléomagnétique et géochronologique en Guyane sur les roches paléoprotérozoïques a montré que l'activité magmatique jurassique n'a pas pertubé la rémanence magnétique et le géochronomètre Argon. Les vitesses de refroidissement sont lentes (3,5+2/-1,6°C/Ma et 4,8+2,6/-2,1°C/Ma) et régulière du Nord au Sud. Un refroidissement tardif du sud de l'Oyapok, marqué par une forte anisotropie (P') a été mis en évidence. Trois pôles paléoprotérozoïques (OYA, A et B) ont été acquis, dont l'âge de la rémanence est compris entre 2050 et 1990 Ma. Ces trois pôles comparés avec les pôles C1, C2, C3 (2100 et ~ 2000 Ma) acquis en Côte-d'Ivoire ont permis de construire deux courbes apparentes de dérive des pôles paléoprotérozoïques pour les cratons de Guyane et d'Afrique de l'Ouest. La comparaison de ces courbes montre une cohérence entre elles après 2020 Ma, confirmant que les deux cratons constituent un bloc unique à 2000 Ma. Les pôles plus anciens ne sont pas compatibles. Deux propositions sont proposés I) les deux blocs continentaux étaient séparés avant 2020 Ma ; II) les deux blocs étaient ensembles mais le manque de données paléomagnétiques entre 2080 et 2040 Ma ne permet pas de le voir.<br />Nos nouvelles données sur la province magmatique jurassique centrale Atlantique montrent que la Guyane fait partie d'une zone restreinte (Amapa, Libéria, Côte-d'Ivoire) ayant des traits géochimiques et géochronologiques particuliers. Cette zone correspond à la présence majoritaire de tholéiites riches en titane d'origine asthénosphérique mises en place par injection horizontale du magma et en plusieurs injections successives. Ces dolérites ont un âge 40Ar/39Ar plus jeune (197 à 192 Ma) que le reste de la province magmatique centrale Atlantique (~200 Ma).

Les alliages aluminium-silicium sont les alliages d’aluminium de moulage les plus couramment employés en raison de leur faible poids, de leurs caractéristiques mécaniques et de leur fluidité. Leurs propriétés mécaniques, en particulier leur résistance, peuvent être améliorées par l’affinage des grains et la modification des précipités de silicium. Par contre, la précipitation de composés intermétalliques riches en fer, comme la phase dite beta, a un effet néfaste sur la tenue en traction et la ductilité de ces alliages. Bien que diverses méthodes aient été proposées pour atténuer les effets de la phase beta, la compréhension des mécanismes de sa croissance pourrait s’avérer utile pour réduire ses effets néfastes. L’objectif de cette étude est d’établir la relation entre la vitesse de refroidissement et les caractéristiques microstructurales des alliages Al-Si hypoeutectiques. Dans une pièce coulée réelle, la vitesse de refroidissement locale peut grandement changer d’un point à l’autre du fait de la géométrie de la pièce mais aussi du fait des paramètres de coulée. Les variations de vitesse de refroidissement affectent le processus de solidification, et ceci est rendu évident par les changements des températures caractéristiques des courbes de refroidissement enregistrées en différents endroits d’une pièce. Les relations entre ces températures caractéristiques et la taille des grains et la modification du silicium eutectique sont présentées. Cette étude a aussi porté sur l’effet de la vitesse de refroidissement sur la morphologie de la phase beta dans le cas d’un alliage ternaire Al-Fe-Si. La croissance de la phase beta a été caractérisée par tomographie post-mortem et in-situ. Enfin, certains écarts par rapport aux caractéristiques de solidification usuelles, telles que la précipitation en écriture chinoise de la phase beta et la formation de rosettes, ont été observés et sont discutés. / Aluminum-silicon alloys are the most common aluminum casting alloys produced due to their fluidity characteristic and mechanical and light weight properties. However, there are several issues concerning application of Al-Si hypoeutectic alloys such as strength, which may be improved by refining grain size of the alloy and modifying silicon precipitates. Furthermore, precipitation of Fe-bearing intermetallics such as the so-called beta phase has a detrimental effect on tensile and ductility properties of Al-Si hypoeutectic alloys. Although various methods have been proposed to mitigate the effect of beta phase, the understanding of the mechanism of growth may be useful to reduce its detrimental effects. The objective of this study is to establish the relationship between the cooling rate and morphology features in Al-Si hypoeutectic alloys. In real casting condition, cooling rate is one of the factors that is not easy to predict, because it is related to the geometry of the parts and to the casting process itself. Changes in cooling rate affect the solidification process, and this is made apparent by the changes in the characteristic temperatures of cooling curves recorded in different locations of a part. The relation between these characteristic temperatures and grain size and eutectic silicon modification are presented. Furthermore, the present study also includes the effect of cooling rate on the morphology of beta phase in the case of a ternary Al-Fe-Si alloy. An attempt to characterize the growth of beta phase was performed through post-mortem and in-situ tomography. In addition, some variations from usual solidification features such as script monoclinic phase and rosettes were observed and are discussed.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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La thèse CIFRE s'est déroulée dans un contexte de métallurgie industrielle et de simulation numérique. La modélisation de la solidification, via l'équation de la chaleur et avec des méthodes de réduction de modèle, était un objectif majeur. L'entreprise Montupet, spécialisée dans la fonderie d'aluminium, est le porteur du projet et financeur de la thèse. L'université de Technologie de Compiègne (UTC) a réalisé l'accompagnement académique. La méthode PGD “Proper General Decomposition”, basée sur une séparation de variables, est l'objet de nombreuses recherches. Nous avons proposé, concernant des propriétés matériaux non-linéaires, une discrétisation spatio-temporelle des matrices matériaux. Avec une formulation en température, sans chaleur latente, les gains sont élevés. L'introduction de la chaleur latente réduit fortement les gains. Nous formulons l'hypothèse que la difficulté de convergence de la méthode PGD dans le cas de la solidification repose sur une formulation en température inadaptée. Nous décidons d'opter une formulation en enthalpie. Il s'avère que cette formulation offre des perspectives encourageantes, mais nécessite encore beaucoup de développements. En parallèle de ces développements, un séjour de 5 mois aux États-Unis a été réalisé afin d'obtenir une meilleure caractérisation de la fraction solide. La recherche s'est portée sur l'évolution de la fraction solide en fonction de la vitesse de refroidissement. Sous réserve de mesures complémentaires, les essais ont mis en évidence une modification de la courbe de fraction solide en fonction de la vitesse de refroidissement, notamment un agrandissement de l'intervalle de solidification. / The PhD Thesis was carried out in a metallurgy and numerical simulation environment. The main topic was to model solidification, thought heat equation formulation and reduced order model PGD resolution. Montupet, specialized in aluminium alloys foundry hold and financed the project, the Université de Technologie de Compiègne did the acadernic supervising. The PGD method "Proper General Decomposition" is a hot topic based on variable separation. We proposed, regarding the non-linear materials, a space-time discretization of material matrix. With a temperature formulation, without latent heat, gains are high. With latent heat, gains fall drastically. We proposed the hypothesis that temperature could be an inadapted formulation. We decided to use the enthalpy formulation. This formulation offers good perspectives but needs more developments. During the thesis, five months were spent in the USA to get a better caracterisation of the solid fraction, particularly its variation in function of the cooling rate. Under reservation, the samples show a modification of solid fraction curves and particularly a change of solidification interval in function of cooling rate.