Thèse Alliages d'Aluminium Recyclés H/F

Université de Lille

Établissement : Université de Lille
École doctorale : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Laboratoire de recherche : LaMCube - Laboratoire de mécanique multiphysique et multiéchelle
Direction de la thèse : Nathalie LIMODIN ORCID 0000000307682676
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-31T23:59:59

Dans une perspective d'économie circulaire et de réduction de l'impact environnemental, cette thèse s'inscrit dans les enjeux liés à la valorisation des matériaux recycles. les propriétés mécaniques des pièces issues du recyclage de l'aluminium sont fortement influencées par la qualité du gisement recyclé, notamment par les compositions chimiques des alliages et les pollutions inhérentes aux processus de recyclage. L'objectif principal est d'étudier les propriétés mécaniques, en sollicitation monotone et cyclique, de pièces en aluminium recyclé présentant des compositions chimiques non standard. l'ambition est de démontrer qu'il est possible d'adapter des compositions chimiques non standard à un cahier des charges exigeant en termes d'usage, contribuant ainsi à une utilisation plus large et efficace des matériaux recyclés. Pour atteindre ce but, la thèse se concentrera sur les tâches suivantes :
-élaboration et caractérisation: concevoir et caractériser des éprouvettes d'alliage d'aluminium à microstructure contrôlée, tant en termes de défauts qu'en composition chimique. Cette étape inclut une analyse de l'impact des éléments d'addition, notamment des contaminants tels que le fer.
-étude de l'impact microstructural : évaluer l'impact de la microstructure générée sur les propriétés mécaniques, à travers des essais de traction, notamment in situ sous tomographe de laboratoire, et de fatigue.
Une meilleure compréhension des mécanismes influençant les propriétés mécaniques des alliages d'aluminium recyclés contribuera à optimiser leur utilisation et à réduire les restrictions actuelles sur leur application pour une économie plus circulaire et durable.

Les alliages d'aluminium recyclés sont de plus en plus utilisés dans des applications allant de l'emballage à des pièces plus techniques. Leurs performances en service dépendent de plusieurs paramètres :
-la qualité chimique des alliages collectés. La contamination par le fer, qui provient des processus de collecte et de fusion, est un point clé. D'autres éléments comme le cuivre, le zinc, ou le magnésium peuvent également être présents en quantités variables, influençant les caractéristiques de l'alliage.
-les conditions de refusion et de solidification. Face à la difficulté d'extraire les impuretés sur des dispositifs à l'échelle industrielle, des techniques de dilution sont le plus souvent utilisées en ajoutant de l'aluminium primaire pour réduire la teneur en impuretés.
-les conditions de post-traitement. Des traitements mécaniques ou thermiques peuvent être appliqués pour modifier la microstructure et améliorer les propriétés mécaniques des alliages recyclés.
Les impuretés issues du recyclage entraînent la formation de phases indésirables, telles que des phases intermétalliques au fer réputées très fragiles. Les industries doivent donc adapter leurs processus de fabrication pour traiter les alliages recyclés et limiter la nocivité des impuretés. L'influence de la microstructure 3D complexe (morphologie, distribution, fraction volumique) des intermétalliques de fer sur les mécanismes d'endommagement est notamment un enjeu majeur pour adapter les alliages d'aluminium recyclé à un cahier des charges exigeant.

Cette thèse vise à approfondir la compréhension des mécanismes influençant les propriétés mécaniques des alliages d'aluminium recyclés, un enjeu crucial pour l'industrie du transport et la durabilité des matériaux. Les objectifs spécifiques sont les suivants :
Évaluation de l'impact des éléments chimiques clés :
-Analyse des éléments polluants et d'alliage : Étudier l'impact du fer, du silicium et du cuivre dans les alliages d'aluminium recyclés. Le fer, en tant qu'impureté inévitable, le silicium et le cuivre, éléments courants dans les alliages industriels, seront analysés pour leur influence sur la microstructure et les propriétés mécaniques.
-Alliages modèles : Utiliser des alliages à composition simplifiée pour isoler et comprendre le rôle spécifique de chaque élément. Cette approche permettra de mieux cerner comment la présence de fer, en interaction avec le silicium et le cuivre, affecte la formation des microstructures et, par conséquent, les performances des alliages.
Compréhension des mécanismes d'endommagement :
-Influence des phases intermétalliques et des pores : Investiguer comment les phases intermétalliques et les pores influencent l'initiation et la propagation des fissures sous sollicitations mécaniques (traction et fatigue).
-Analyse des conditions de nocivité : Déterminer les conditions dans lesquelles ces phases et défauts deviennent critiques pour les propriétés mécaniques. L'objectif est de comprendre la compétition entre les pores, les intermétalliques et les phases eutectiques lors de sollicitations mécaniques, en évaluant les paramètres influents tels que la taille, la morphologie et la distribution des constituants et défauts.