Mohammad Khoshghadam Pireyousefan, étudiant au doctorat en ingénierie, soutient sa thèse

Dans la première partie, les effets du recuit direct sur la CE, les propriétés mécaniques et la microstructure de barres AA4043, fabriquées par coulée continue de type Properzi, ont été étudiés. Les barres d’AA4043 ont été recuites à différentes températures (200, 250, 300 et 350 °C) pendant 4 et 24 h. Le recuit direct a entraîné une amélioration significative de la CE, toutes les conditions présentant une augmentation de 50 à 58 % IACS. Cependant, la résistance mécanique des barres a été fortement réduite. L’échantillon recuit à 250 °C pendant 4 h a présenté la meilleure combinaison de CE (58,8 % IACS), de microdureté (43 HV) et de résistance ultime à la traction (UTS) (141 MPa) parmi l’ensemble des conditions étudiées. L’échantillon recuit à 350 °C pendant 24 h a montré la microdureté la plus faible (31,8 HV) et l’UTS la plus basse (113 MPa), avec une CE de 58,05 % IACS. Les résultats de diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) ont révélé une structure fibreuse conservée avec recristallisation partielle à la température de recuit la plus basse (250 °C), alors qu’un recuit à 350 °C a conduit à une recristallisation complète et à la formation de grains équiaxes grossiers. L’analyse par microscopie électronique en transmission (TEM) a mis en évidence la formation de nanoprécipités de Si dans les échantillons recuits. Afin de comprendre les contributions respectives des différents mécanismes de résistivité et des caractéristiques microstructurales à l’amélioration de la CE, un modèle constitutif de résistivité a été employé. Ces résultats apportent des éléments précieux pour améliorer la CE tout en maintenant un équilibre délicat entre conductivité et résistance dans de nouveaux alliages conducteurs Al–Si.

Dans la deuxième partie, l’influence de deux routes de traitement thermomécanique — conventionnelle (C-TMP) et modifiée (M-TMP) — sur l’évolution microstructurale et sur l’amélioration des propriétés mécaniques et électriques de l’alliage hypoeutectique AA4043 a été étudiée. La route C-TMP a permis d’augmenter l’UTS de 180,7 MPa à 289,8 MPa et d’accroître légèrement la CE de 50,1 à 51,4 % IACS, tout en restant en deçà du seuil requis industriellement de 52,5 % IACS. En revanche, la route M-TMP est parvenue à surmonter le compromis classique entre résistance et CE en obtenant des améliorations simultanées de ces deux propriétés : l’UTS a atteint 231,4 MPa, tandis que la CE a augmenté jusqu’à 59,2 % IACS, soit des gains de 28,1 % et 18,2 %, respectivement, par rapport à l’état laminé (AsR). L’amélioration marquée de la CE a été attribuée à la déplétion du Si en solution solide dans la matrice d’aluminium par la formation de nanoprécipités de Si au cours du pré-recuit. L’analyse microstructurale de l’échantillon M-TMP a révélé le développement d’une structure ultrafine (UFG) contenant des nanoprécipités de Si dispersés dans la matrice, associée à une densité de dislocations plus faible que celle observée dans l’échantillon C-TMP. Les mécanismes sous-jacents contribuant à la synergie entre résistance et CE ont été discutés à l’aide de modèles constitutifs, en mettant l’accent sur l’effet des nanoprécipités de Si, de la densité de dislocations et de l’affinement des grains. Ces résultats démontrent que la route M-TMP permet de résoudre efficacement le compromis résistance–conductivité et de produire un conducteur Al–Si à haute résistance et haute CE, adapté aux applications avancées de câblage électrique.

La troisième partie de l’étude examine la dégradation de la résistance et l’évolution de la CE de fils d’alliage hypoeutectique Al–Si à microstructure UFG lors de recuits post-déformation, avec une caractérisation microstructurale réalisée par EBSD et TEM. À l’état tréfilé, la résistance des fils provient du durcissement par précipitation, de l’écrouissage et du renforcement par joints de grains. Le recuit post-déformation entraîne une diminution progressive de la résistance, tout en améliorant l’allongement et la CE, avec des effets superposés observés aux températures de transition. Les mécanismes de dégradation dépendent de la température : la récupération des lacunes et des dislocations domine entre 90 et 150 °C, le grossissement des nanoprécipités de Si prévaut à 200 °C, et la recristallisation suivie de la croissance des grains conduit à un adoucissement marqué entre 250 et 300 °C. Ces mécanismes réduisent également la diffusion des électrons, ce qui se traduit par une augmentation modérée de la CE, de l’ordre de 1 % IACS. Comparés aux conducteurs conventionnels AA1350 et AA8030, les fils UFG Al–Si présentent une stabilité thermique supérieure, attribuée à l’effet de blocage exercé par les nanoprécipités de Si et à la forte proportion de joints de grains à grande désorientation dans leur microstructure équiaxe ultrafine. Ces résultats approfondissent la compréhension du compromis résistance–conductivité dans les conducteurs Al–Si et soutiennent le développement d’alliages avancés à base d’aluminium pour des conducteurs à hautes performances, particulièrement adaptés aux câbles de transport d’énergie à haute tension capables de transporter des densités de courant plus élevées sur de longues distances.

La quatrième partie démontre que le tréfilage à froid (CD) induit efficacement le développement d’une microstructure UFG et la ségrégation du Si aux joints de grains dans les alliages hypoeutectiques Al–Si, permettant ainsi une synergie entre résistance et conductivité. L’analyse EBSD montre que l’état du Si, qu’il soit retenu en solution solide, présent sous forme de particules eutectiques de Si ou de nanoprécipités de Si, influence fortement la recristallisation dynamique induite par la déformation et, par conséquent, la formation de structures ultrafines (UFG). Les fils produits par ce procédé présentent des propriétés mécaniques nettement améliorées, principalement grâce à l’affinement des grains et au renforcement accru par joints de grains. De plus, les analyses par MEB à basse tension, STEM et DSC confirment conjointement la décomposition du Si sursaturé induite par la déformation, accompagnée d’un enrichissement en Si le long des joints de grains. La modélisation de la résistivité indique que le Si présent sous forme particulaire contribue beaucoup moins à la résistivité de l’Al que le Si en solution solide. Par conséquent, cette ségrégation du Si aux joints de grains induite par la déformation réduit la diffusion globale des électrons en appauvrissant partiellement la matrice en Si en solution solide, ce qui améliore la conductivité électrique (EC). Dans l’ensemble, ces résultats montrent que le tréfilage à froid (CD) peut favoriser une synergie résistance–conductivité dans les conducteurs hypoeutectiques Al–Si et apportent un nouvel éclairage sur une voie de mise en forme industrialisable permettant de dépasser le compromis résistance–EC conventionnel dans les alliages conducteurs à base d’aluminium.

Globalement, cette thèse introduit un nouveau paradigme de traitement pour la fabrication de conducteurs hypoeutectiques Al–Si et fournit des éclairages mécanistiques essentiels sur l’évolution microstructurale, la précipitation à l’échelle nanométrique, le comportement des joints de grains et leurs effets combinés sur la résistance mécanique, la CE et la stabilité thermique. Ces résultats établissent une base solide pour l’application industrielle des alliages hypoeutectiques Al–Si de la série 4xxx en tant que futurs conducteurs aériens de lignes de transport d’électricité.