{"id":51519,"date":"2025-09-04T08:00:11","date_gmt":"2025-09-04T12:00:11","guid":{"rendered":"https:\/\/www.uqac.ca\/uqactualites\/?p=51519"},"modified":"2025-09-04T11:42:16","modified_gmt":"2025-09-04T15:42:16","slug":"quan-shao-etudiant-au-doctorat-en-ingenierie-soutient-sa-these","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.uqac.ca\/uqactualites\/2025\/09\/04\/quan-shao-etudiant-au-doctorat-en-ingenierie-soutient-sa-these\/","title":{"rendered":"Quan Shao, \u00e9tudiant au doctorat en ing\u00e9nierie, soutient sa th\u00e8se"},"content":{"rendered":"

Finissant au\u00a0doctorat en ing\u00e9nierie<\/a>, Quan Shao a effectu\u00e9 sa soutenance de th\u00e8se le 3 septembre 2025. Sous la direction de recherche de X. Grant Chen<\/a> (UQAC) et la codirection de Emad Elgallad (Universit\u00e9 de Moncton), sa th\u00e8se a pour titre \u00ab<\/em> New generation of high performance aluminum electrical conductors for elevated temperature applications<\/em>\u00a0\u00bb<\/em>.<\/p>\n

Pr\u00e9sid\u00e9 par Mousa Javidani<\/a> (UQAC), le jury d\u2019\u00e9valuation \u00e9tait compos\u00e9 de Dilip Sarkar<\/a> (UQAC) et de Daniel Larouche (Universit\u00e9 Laval).<\/p>\n

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R\u00e9sum\u00e9 de la th\u00e8se<\/h5>\n

La demande croissante en \u00e9lectricit\u00e9 et l\u2019expansion des activit\u00e9s industrielles n\u00e9cessitent le d\u00e9veloppement de nouveaux alliages conducteurs d\u2019aluminium dot\u00e9s de propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques et thermiques sup\u00e9rieures. Au Canada, plus de 166 000 kilom\u00e8tres de lignes de transmission a\u00e9riennes, dont une grande partie traverse des zones foresti\u00e8res, pr\u00e9sentent une vuln\u00e9rabilit\u00e9 importante en raison de la faible r\u00e9sistance m\u00e9canique et thermique des alliages conventionnels d\u2019aluminium, augmentant les risques de pannes de courant et d\u2019incendies de for\u00eat. Bien que les alliages Al-Mg-Si de la s\u00e9rie 6xxx soient couramment utilis\u00e9s pour les conducteurs en aluminium, leur faible r\u00e9sistance thermique (inf\u00e9rieure \u00e0 100 \u00b0C) limite leur performance \u00e0 haute temp\u00e9rature. En revanche, les alliages Al-Zr-Sc offrent une meilleure r\u00e9sistance m\u00e9canique et une grande stabilit\u00e9 thermique gr\u00e2ce \u00e0 la formation de nanoparticules coh\u00e9rentes Al\u2083(Sc,Zr) de structure L1\u2082, permettant une utilisation \u00e0 des temp\u00e9ratures bien plus \u00e9lev\u00e9es (180 \u00e0 310 \u00b0C). Cette \u00e9tude vise \u00e0 d\u00e9velopper une nouvelle g\u00e9n\u00e9ration d\u2019alliages conducteurs en aluminium thermiquement stables, combinant une conductivit\u00e9 \u00e9lectrique \u00e9lev\u00e9e avec d\u2019excellentes performances m\u00e9caniques et thermiques. Elle est structur\u00e9e en trois parties comme suit.<\/p>\n

Dans la premi\u00e8re partie, des alliages conducteurs \u00e0 base d\u2019Al-Zr r\u00e9sistants \u00e0 la chaleur ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9s par microalliage avec une faible teneur en Sc (\u2264 0,10 % en poids) et deux voies de traitement thermom\u00e9canique, dans lesquelles le tr\u00e9filage \u00e0 froid a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9 avant ou apr\u00e8s le traitement de vieillissement. Les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques, la conductivit\u00e9 \u00e9lectrique et la r\u00e9sistance thermique de plusieurs alliages ont \u00e9t\u00e9 \u00e9valu\u00e9es selon la norme CEI relative aux conducteurs en aluminium r\u00e9sistants \u00e0 la chaleur. L\u2019\u00e9volution des pr\u00e9cipit\u00e9s et de la structure des grains au cours du traitement a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9e. L\u2019ajout de Sc a conduit \u00e0 la pr\u00e9cipitation d\u2019un grand nombre de particules fines Al\u2083(Sc,Zr), procurant une r\u00e9sistance \u00e9lev\u00e9e de 188 \u00e0 209 MPa, soit une am\u00e9lioration de 73 \u00e0 88 % par rapport \u00e0 l\u2019alliage de base sans Sc, tout en maintenant une excellente conductivit\u00e9 \u00e9lectrique de 57,4 \u00e0 59,9 % IACS. De plus, les alliages contenant du Sc ont pr\u00e9sent\u00e9 une excellente r\u00e9sistance thermique, la perte maximale de r\u00e9sistance \u00e9tant limit\u00e9e \u00e0 \u2264 6,0 % apr\u00e8s exposition thermique \u00e0 310 et 400 \u00b0C. Les meilleures combinaisons de propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques et de conductivit\u00e9 ont \u00e9t\u00e9 obtenues apr\u00e8s un vieillissement \u00e0 350 \u00b0C pendant 48 h, pr\u00e9c\u00e9d\u00e9 d\u2019un traitement de solution \u00e0 600 \u00b0C pendant 8 h. Les deux voies de traitement ont montr\u00e9 des renforcements comparables par pr\u00e9cipitation et \u00e9crouissage, conduisant \u00e0 des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques et \u00e9lectriques similaires, avec des \u00e9carts maximaux de 12 MPa en r\u00e9sistance et de 1,4 % IACS en conductivit\u00e9. L\u2019excellent compromis entre propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques, \u00e9lectriques et thermiques fait de ces alliages de nouveaux candidats prometteurs pour la fabrication de conducteurs en aluminium thermor\u00e9sistants conformes \u00e0 plusieurs grades normalis\u00e9s, tout en conservant un co\u00fbt abordable et des proc\u00e9d\u00e9s industriels classiques. IV<\/p>\n

Dans la deuxi\u00e8me partie, quatre alliages conducteurs Al-Zr-Sc contenant entre 0,1 et 0,18 % Zr et entre 0,1 et 0,15 % Sc ont \u00e9t\u00e9 \u00e9labor\u00e9s par coulage, laminage \u00e0 chaud, traitements thermiques et tr\u00e9filage \u00e0 froid. Les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques et la conductivit\u00e9 des fils ont \u00e9t\u00e9 mesur\u00e9es, et la microstructure a \u00e9t\u00e9 caract\u00e9ris\u00e9e par microscopie \u00e9lectronique \u00e0 balayage (MEB), microscopie \u00e9lectronique en transmission (MET) et diffraction d\u2019\u00e9lectrons r\u00e9trodiffus\u00e9s (EBSD). La stabilit\u00e9 thermique de ces alliages a \u00e9t\u00e9 \u00e9valu\u00e9e syst\u00e9matiquement apr\u00e8s exposition \u00e0 310, 350 et 400 \u00b0C pendant jusqu\u2019\u00e0 1000 h. Les r\u00e9sistances \u00e0 la traction ultime (UTS) atteintes \u00e9taient comprises entre 206 et 214 MPa, et la conductivit\u00e9 \u00e9lectrique entre 57 et 57,5 % IACS. Tous les alliages ont \u00e9t\u00e9 renforc\u00e9s par une grande quantit\u00e9 de nanopr\u00e9cipit\u00e9s Al\u2083(Sc,Zr). Une l\u00e9g\u00e8re augmentation de l\u2019UTS a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9e avec l\u2019augmentation de la teneur en Zr ou en Sc, indiquant un impact limit\u00e9 de leur teneur sur les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques et \u00e9lectriques. Aucun changement notable de la r\u00e9sistance m\u00e9canique ni de la structure des grains d\u00e9form\u00e9s n\u2019a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9 apr\u00e8s exposition \u00e0 310 \u00b0C jusqu\u2019\u00e0 1000 h. \u00c0 350 \u00b0C pendant 200 h, les alliages ont conserv\u00e9 une excellente stabilit\u00e9 thermique. En revanche, des expositions prolong\u00e9es \u00e0 350 et 400 \u00b0C ont entra\u00een\u00e9 une d\u00e9gradation progressive des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques. Les alliages Al-0,18Zr-0,1Sc et Al-0,18Zr-0,15Sc ont montr\u00e9 une meilleure stabilit\u00e9 thermique \u00e0 long terme \u00e0 350 et 400 \u00b0C. Cette \u00e9tude fournit des donn\u00e9es pr\u00e9cieuses pour l\u2019utilisation industrielle de fils conducteurs en aluminium dans des conditions extr\u00eames.<\/p>\n

Dans la troisi\u00e8me partie, de faibles ajouts d\u2019\u00e9tain (Sn, 0,05 et 0,15 % en poids) et de strontium (Sr, 0,006 et 0,013 % en poids) ont \u00e9t\u00e9 introduits dans des alliages Al\u2013Zr\u2013Sc afin d\u2019en \u00e9tudier l\u2019effet sur la microstructure et les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques. Des param\u00e8tres de vieillissement en deux \u00e9tapes ont \u00e9t\u00e9 optimis\u00e9s s\u00e9par\u00e9ment pour les alliages contenant Sn et Sr, en fonction de l\u2019\u00e9volution de la microduret\u00e9 et de la conductivit\u00e9 \u00e9lectrique sous diff\u00e9rentes conditions de traitement. Dans l\u2019alliage Sn15, le vieillissement en deux \u00e9tapes a permis d\u2019atteindre une microduret\u00e9 et une conductivit\u00e9 de 78,3 HV et 58,3 % IACS, contre 74,2 HV et 57,5 % IACS avec un vieillissement traditionnel. De m\u00eame, l\u2019alliage Sr13 a atteint 83,2 HV et 58,0 % IACS apr\u00e8s vieillissement en deux \u00e9tapes, contre 78,3 HV et 57,5 % IACS avec le vieillissement traditionnel. La r\u00e9sistance \u00e0 la traction ultime est pass\u00e9e de 205,9 MPa \u00e0 215,9 MPa pour l\u2019alliage Sn15, et de 214,9 MPa \u00e0 226,5 MPa pour l\u2019alliage Sr13. Ces am\u00e9liorations \u2013 0,8 % IACS, 5,5 HV et 10,7 MPa pour Sn15 ; 0,7 % IACS, 5,2 HV et 10,9 MPa pour Sr13 \u2013 sont principalement attribu\u00e9es \u00e0 une densit\u00e9 plus \u00e9lev\u00e9e de pr\u00e9cipit\u00e9s Al\u2083(Sc,Zr) de tr\u00e8s petite taille. Des pr\u00e9cipit\u00e9s \u00e0 un stade pr\u00e9coce ont \u00e9t\u00e9 observ\u00e9s dans l\u2019alliage Sn15 apr\u00e8s vieillissement \u00e0 300 \u00b0C pendant 4 h. Dans les alliages contenant du Sr, le renforcement est \u00e9galement li\u00e9 \u00e0 une r\u00e9sistance accrue au mouvement des dislocations due \u00e0 la pr\u00e9sence de d\u00e9fauts d\u2019empilement. L\u2019ajout de traces de Sn ou de Sr, combin\u00e9 \u00e0 un vieillissement en deux \u00e9tapes, constitue une strat\u00e9gie rentable pour d\u00e9velopper une nouvelle g\u00e9n\u00e9ration d\u2019alliages conducteurs en aluminium, stables \u00e0 haute temp\u00e9rature et \u00e0 haute performance.<\/p>\n

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F\u00e9licitations \u00e0 Quan Shao pour la soutenance de sa th\u00e8se de doctorat<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Finissant au\u00a0doctorat en ing\u00e9nierie, Quan Shao a effectu\u00e9 sa soutenance de th\u00e8se le 3 septembre 2025. Sous la direction de recherche de X. Grant Chen (UQAC) et la codirection de Emad Elgallad (Universit\u00e9 de Moncton), sa th\u00e8se a pour titre \u00ab New generation of high performance aluminum electrical conductors for elevated temperature applications\u00a0\u00bb. 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