Recyclage de L’aluminium Par Voie Solide

Il y a 2 mois

Nantes, France Ecole Centrale de Nantes - Institut GeM (UMR CNRS 6183) Temps plein

**Recyclage de l’aluminium par voie solide : de la microstructure au comportement à rupture**:

- Réf
- **ABG-112559**
- Sujet de Thèse- 29/03/2023- Contrat doctoral- Ecole Centrale de Nantes - Institut GeM (UMR CNRS 6183)- Lieu de travail- Nantes - Pays de la Loire - France- Intitulé du sujet- Recyclage de l’aluminium par voie solide : de la microstructure au comportement à rupture- Champs scientifiques- Matériaux
- Sciences de l’ingénieur
- Mots clés- essais mécaniques, fatigue, mécanique de la rupture, DIC, MEB**Description du sujet**:
**Contexte**:
Dans le contexte actuel de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de limites en ressources métalliques, il est essentiel d’accroitre la part issue du recyclage dans la production totale de métaux. Dans le cas de l’aluminium, la production de métal recyclé, dite production secondaire, permet d’économiser des matières premières par rapport à la production dite primaire, qui se fait à partir de la bauxite, mais elle permet surtout de diminuer drastiquement l’énergie nécessaire ainsi que les émissions de CO2. Aujourd’hui, l’aluminium et ses alliages sont relativement bien recyclés par fusion de pièces en fin de vie, mais il existe une voie alternative qui permet d’être encore plus efficace en termes d’économie d’énergie et de réduction du CO2 émis : elle consiste à recycler le métal par voie solide. Dans ce cadre, le principal procédé envisagé est l’extrusion à chaud de copeaux d’usinage (Tekkaya, 2009) développé par un partenaire académique allemand (IUL, TU Dortmund). On estime que les impacts environnementaux pour ce procédé sont de deux à quatre fois inférieurs à ceux du recyclage classique par fusion (Duflou, 2015). Ce procédé permet le soudage des copeaux d’usinage entre eux ce qui confère au matériau une cohésion suffisante pour envisager la fabrication de nouvelles pièces structurelles.

**Sujet de thèse**:
Le travail de thèse portera sur l’étude des propriétés mécaniques d’alliages d’aluminium recyclés par le procédé d’extrusion à chaud, en faisant le lien entre ces propriétés et la microstructure anisotrope induite. L’étude se focalisera plus particulièrement sur le comportement quasi-statique (anisotropie, rupture ) et sous chargement cyclique (durabilité en fatigue). L’objectif est de comprendre les mécanismes d’endommagement au niveau des joints de copeaux pour permettre l’optimisation du procédé en vue d’un déploiement industriel.

D’un point de vue scientifique, il s’agira de quantifier le lien entre la rupture au niveau des joints de copeaux (interfaces faible dues au soudage) et l’endommagement hétérogène à l’échelle de la pièce. On définira un critère de séparation entre les copeaux afin d’anticiper les variations spatiales des propriétés à rupture.

La première étape consistera à définir la géométrie de plusieurs types d’éprouvettes permettant d’appliquer différentes sollicitations mécaniques au matériau : en traction ou en cisaillement sur des éprouvettes non entaillées ; puis en traction ainsi qu’en fatigue sur des éprouvettes pré-fissurées de type Compact Tensile (CT).

Les essais mécaniques seront ensuite réalisés afin de quantifier : les propriétés en traction et en cisaillement, puis la ténacité du matériau et enfin la vitesse de propagation des fissures de fatigue. Différentes techniques d’analyse permettront de comprendre les mécanismes d’endommagement à l’oeuvre lors des essais mécaniques:

- des techniques de corrélation d’images numériques afin d’identifier les zones dans lesquelles apparait l’endommagement conduisant à la rupture ;
- des essais mécaniques complémentaires sous microscope électronique à balayage (MEB) pour observer in situ l’endommagement à l’échelle des copeaux ;
- l’observation au MEB des faciès de rupture des éprouvettes rompues.

**Références**:
A.E. Tekkaya et al. "Hot profile extrusion of AA-6060 aluminum chips." Journal of materials processing technology 209.7 (2009): 3343-3350.

J.R. Duflou et al. "Environmental assessment of solid state recycling routes for aluminium alloys: can solid state processes significantly reduce the environmental impact of aluminium recycling?" Cirp Annals 64.1 (2015): 37-40.

Des coopérations sont prévues avec deux laboratoires parisiens de métallurgie (ICMPE Thiais UMR 7182, IRCP Paris UMR 8247) pour certaines caractérisations microstructurales fines, ainsi qu’avec le laboratoire allemand qui maitrise le procédé (IUL, TU Dortmund) et qui fournira le matériau de la thèse.

**Prise de fonction**:

- 02/10/2023**Nature du financement**:

- Contrat doctoral**Précisions sur le financement**:

- demande en cours**Présentation établissement et labo d'accueil**:

- Ecole Centrale de Nantes - Institut GeM (UMR CNRS 6183)Le GeM (Institut de recherche en génie civil

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