Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Alliages d’aluminium anciens

Contact : magali.brunet chez cemes.fr

Cet axe concerne l’étude des premiers alliages légers utilisés en aéronautiques, par une approche couplant analyses en laboratoire et recherches en archives. Le corpus d’étude est constitué de pièces provenant d’avions de collection conservés et restaurés par des associations comme les Ailes Anciennes de Toulouse à Blagnac (Fig. 1a) ou provenant d’avions crashés (principalement de la deuxième guerre mondiale) dont les fouilles sont menées par l’association Aérocherche (Fig. 1b).

La nature physico-chimique, la structure des phases cristallines en présence ainsi que leur arrangement/organisation à différentes échelles sont étudiés en combinant diverses techniques d’analyse : microscopies électroniques (à balayage, en transmission) et leurs spectroscopies associées (EDX, EELS), spectroscopie Raman, méthodes de diffraction/diffusion des rayons X (Fig. 2 et 3). Les analyses portent aussi bien sur le métal sain que sur le métal altéré ainsi que sur les revêtements (primaires, peintures). 

A travers ces analyses, nous souhaitons :

- Du point de vue fondamental, approfondir la compréhension des mécanismes physiques mis en jeu dans le vieillissement des matériaux et les relations matériau/fonction/propriétés dans ces milieux hétérogènes et complexes,

- Etablir un lien entre la nature physico-chimique des alliages, les conditions d’expositions et le type d’altérations observées. Ces informations sont essentielles à la mise au point des méthodes pratiques de conservation-restauration à l’échelle de l’objet : en l’occurrence prévenir la corrosion des avions,

- Documenter les matériaux et leurs modes de fabrication et au-delà, du point de vue historique, de révéler l’évolution des alliages aluminium dans une période où l’industrie aéronautique s’est fortement développée. Les témoignages des bénévoles, les archives, documents techniques industriels et autres articles scientifiques d’époque, fournissent alors des informations précieuses quant à l’histoire des avions et des matériaux qui les constituent.

 

Thèses soutenues – co-encadrement : CEMES-CNRS / FRAMESPA – Université Toulouse Jean-Jaurès :

- Audrey Cochard, Microstructures et propriétés mécaniques des alliages de type Duralumin du Breguet 765 n°5004 64-PH, approche historique et sciences des matériaux. Thèse de doctorat de l’Université de Toulouse (2016).

 - Toufa Ouissi, Etude des premiers alliages aéronautiques de type Duralumin au service de l’aviation militaire entre 1930 et 1945. Approche historique et métallographique, Thèse de doctorat de l’Université de Toulouse (2021).

 

Projets :

  • STELAIR (2016-2019)– Projet EUR NanoX

Coordinateur : CEMES- Equipe M3 ; Partenaires : CEMES- Equipe PPM ; CIRIMAT-ENSIACET.

Ce projet s’est attaché à aborder la question du vieillissement à long terme des alliages Al-Cu, sur la base de l’examen des matériaux provenant de vieux avions. Diverses analyses de laboratoire ont été utilisées pour caractériser la composition et la nanostructure des alliages sélectionnés, vieillis naturellement. Le but était de déterminer l’évolution structurelle des alliages légers sur de très longues périodes de temps et la corrélation avec leur comportement mécanique.

 

Coordinateur : Arc Antiques (Nantes) ; Partenaires : CEMES-Equipe M3 ; TRACES ; Université de Bologne (Italie) ; Université de Ferrara (Italie) ; CTU (République Tchèque)

Partenaires associés : Musées, Associations, Collectivités territoriales.

Le principal objectif du projet est de proposer des procédures et des solutions pour chaque étape clef de la conservation d’objets aéronautiques du patrimoine :

- Des techniques ajustées de conservation-restauration

- Des revêtements pour la protection en extérieur

- Des solutions de conservation préventive pour des environnements type hangar

- Des procédures pour les non-professionnels s’occupant de ce genre de patrimoine (typiquement les associations).

Le projet se focalise sur les épaves de la deuxième guerre mondiale, qui peuvent alors être considérées ici comme des objets archéologiques. Il est attendu que le projet apporte une meilleure connaissance des technologies (métallurgie et revêtements de l’aluminium) de cette époque, améliore la conservation et permette la dissémination et la présentation au public.

 

 Articles récents :

2020

  1. M. Brunet, A. Cochard, C. Deshayes, C. Brouca-Cabarrecq, L. Robbiola, J.-M. Olivier, Ph. Sciau Study of Post-World War II French Aeronautical Aluminium Alloy and Coatings : Historical and Materials Science Approach. Studies in Conservation, Vol.65, Issue 2, p.103-117, 2020.
  2. M. Brunet, B. Malard, N. Ratel-Ramond, Ch. Deshayes, B. Warot-Fonrose, Ph. Sciau and J. Douin, Comparison of long-term natural aging to artificial aging in Duralumin, Proceedings of the 17th Conference on Aluminum Alloys, ICAA17, MATEC Web Conf., Volume 326 (2020) 04007.

2019

  1. T. Ouissi, G. Collaveri, Ph. Sciau, J-M. Olivier and M. Brunet, Comparison of aluminum alloys from aircraft of four nations involved in the WWII conflict using multiscale analyses and archival study, Heritage, 2019, vol 2, Issue 4.
  2. M. Brunet, B. Malard, N. Ratel-Ramond, Ch. Deshayes, S. Joulié, B. Warot-Fonrose, Ph. Sciau, J. Douin, F. De Geuser, A. Deschamps, Precipitation in original Duralumin A-U4G versus modern 2017A alloy, Materialia, 2019, 8, pp.100429.

2017

  1. A. Cochard, K. Zhu, S. Joulié, J. Douin, J. Huez, L. Robbiola, P. Sciau, M. Brunet, Natural aging on Al-Cu-Mg structural hardening alloys – Investigation of two historical duralumins for aeronautics, Materials Science and Engineering : A 690 (2017), p. 259-269


Figure 1.b. Fragment du fuselage d’un Dornier 217 (1943) issu de fouilles effectuées par l’association Aérocherche

 

Figure 2. Observations microscopiques multi-échelles : analyses MEB et MET

 

Figure 3. a) Image STEM en champ clair de la précipitation dans un alliage Duralumin (1958) en axe de zone [112]Al montrant les plaquettes θ’-Al2Cu (flèches noires) et les plaquettes Ω-Al2Cu (flèches blanches) poussant sur les dispersoides (AlMnSi) ; b) Image STEM-HAADF du précipité Ω-Al2Cu (Images UMS Centre Raimond Castaing).

Contact : Magali Brunet

 
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