Mécanismes d'endommagement par corrosion et vieillissement microstructural d'éléments de structure d'aéronef en alliage d'aluminium 2024-T351

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration avec EADS Innovation Works et AIRBUS. L'objectif des travaux est d'identifier les modes d'endommagements possibles d'éléments de structure métalliques d'aéronefs développés en service et d'en comprendre les mécanismes et les effets sur les propriétés des matériaux afin de contribuer au développement d'une méthode de contrôle non destructif innovante. Le matériau sélectionné est un alliage d'aluminium 2024-T351, l'un des matériaux constitutifs de la voilure et du fuselage d'avions civils. Les modes d'endommagement étudiés sont la corrosion et le vieillissement microstructural. La première partie de ces travaux est consacrée à l'analyse de l'influence des conditions d'exposition au milieu corrosif sur le développement de la corrosion intergranulaire et à l'identification des mécanismes de dégradation associés et de leurs cinétiques. Des conditions d'exposition originales alternant des phases d'immersion et d'émersion à différentes températures ont été explorées dans la mesure où elles semblent particulièrement représentatives des conditions d'exposition réelles. Les mécanismes proposés pour comprendre l'endommagement observé dans certaines de ces conditions d'exposition au milieu corrosif, impliquent un phénomène apparenté à de la fragilisation par l'hydrogène, phénomène qui n'est, à l'heure actuelle, pas encore reconnu pour les alliages d'aluminium de la série 2xxx. L'influence de l'hydrogène sur les propriétés physico-chimiques et mécaniques du matériau est donc étudiée dans la seconde partie de ces travaux. Enfin, l'influence d'un vieillissement microstructural sur les propriétés de l'alliage ainsi que les couplages possibles entre vieillissement microstructural et phénomènes de corrosion sont abordés dans une dernière partie. L'ensemble des résultats obtenus permet de révéler des pistes pour développer une méthode CND innovante permettant la caractérisation physique in-situ du niveau d'endommagement à l'échelle locale d'éléments de structures en alliages d'aluminium.In the framework of a collaborative program research with EADS Innovation Works and AIRBUS, this work aims to identify the possible sources of in service damage of pieces of aircraft structure and the impact of these degradations on the mechanical properties of the materials. The results obtained allow describing the mechanisms involved and their kinetics, in order to contribute to the development of an innovative non destructive method. The material selected is the aluminum alloy 2024-T351, one of the constitutive materials for skin and wings of civil aircraft. For this study, the corrosion and the microstructural evolutions have been selected among the possible causes of degradation identified. The first part of this study is dedicated to the analysis of the influence of exposure conditions to the aggressive media on the development of intergranular corrosion and to the identification of the corrosion mechanisms involved and theirs kinetics. Original exposure conditions, alternating immersion steps in corrosive media and emersion steps in air at different temperatures, have been used insofar as these conditions have been estimated as representative of real exposure conditions. For some exposure conditions, the proposed mechanism to explain the damage observed implies a phenomenon related to hydrogen embrittlement which is, at the moment, not well recognized for aluminum alloys of the 2xxx series. The influence of hydrogen on the mechanical and physicochemical properties of the 2024 is so treated in the second part of this study. Finally, the impact of microstructural ageing as well as its possible coupling with corrosion is discussed in the last part. The whole results obtained allow the identification of leads to develop an innovative non destructive method allowing the physical characterization of local damage of aluminum alloys used to build civil aircrafts.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Caractérisation et compréhension du comportement en corrosion de structures en alliage d'aluminium-cuivre-lithium 2050 assemblées par Friction Stir Welding (FSW)

A l'heure où les matériaux composites prennent une part toujours plus importante dans les structures aéronautiques, l'utilisation de l'alliage d'aluminium-lithium 2050 assemblé par Friction Stir Welding (FSW) est envisagé pour remplacer les structures rivetées en alliages d'aluminium traditionnels. L'objectif global de ce travail de thèse était d'étudier le comportement en corrosion et en corrosion sous contrainte de joints soudés FSW de l'alliage d'aluminium-lithium 2050 mais aussi l'influence d'un post-traitement thermique sur les comportements observés. Dans ce but, la microstructure, le comportement mécanique et le comportement en corrosion et en corrosion sous contrainte de l'alliage 2050 servant de matériau de base à l'élaboration des joints soudés FSW ont d'abord été analysés ; ensuite, nous nous sommes focalisés sur le comportement en corrosion et en corrosion sous contrainte des structures FSW proprement dites, en analysant bien entendu la microstructure complexe de ces joints soudés et les propriétés mécaniques résultantes. Les résultats obtenus montrent que l'alliage 2050, bien que sensible à certaines formes de corrosion, semble bien plus performant que les alliages d'aluminium traditionnellement utilisés en aéronautique. Sa sensibilité à la corrosion sous contrainte notamment est très faible. Les structures FSW, après traitement thermique post soudage, ont également un très bon comportement en corrosion et en corrosion sous contrainte. Les joints soudés FSW de l'alliage d'aluminium-lithium 2050 apparaissent donc comme une solution très prometteuse pour l'industrie aéronautique.Today, composite materials are more and more used for aircraft structures; however, the aluminium-lithium 2050 alloy joined using a Friction Stir Welding (FSW) process could be used to replace riveted structures made of traditional aluminium alloys. The aim of this PhD work was to study the corrosion behaviour and stress corrosion cracking (SCC) behaviour of FSW joints of aluminium-lithium 2050 alloy and also the influence of a post welding heat treatment on the behaviours observed. Therefore, the microstructure, the mechanical behaviour and the corrosion and SCC behaviour of the 2050 alloy used for the FSW joints were first analyzed; then, the work was focused on the corrosion and SCC behaviours of the FSW joints. The complex microstructure of the FSW joints and the resultant mechanical properties were studied. The results showed that the 2050 alloy was more corrosion resistant than traditional aluminium alloys used for aircrafts even if it was susceptible to intergranular and/or intragranular corrosion. Its susceptibility to SCC was very low. The FSW joints, after a post welding heat treatment, also show a low susceptibility to corrosion and SCC. As a conclusion, the FSW joints of 2050 alloy seem to be a relevant solution to replace riveted structures of traditional aluminium alloys.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Prévision des cinétiques de propagation de défauts de corrosion affectant les structures en alliage d'aluminium 2024

La sensibilité à la corrosion intergranulaire est influencée par trois paramètres majeurs : l'état métallurgique du matériau, les paramètres physiques et chimiques caractéristiques de l'environnement extérieur et l'état de contrainte du matériau. La première partie des travaux est consacrée à la détermination de paramètres pertinents de description de la corrosion intergranulaire. Un nouveau protocole basé sur l'abattement des propriétés mécaniques du matériau corrodé a donc été mis en place. La deuxième partie des travaux porte sur l'influence des paramètres environnementaux et de l'état de contrainte sur la sensibilité à la corrosion intergranulaire de l'alliage (facteurs du 1er ordre sur les cinétiques de corrosion). L'ensemble des résultats obtenus permet d'écrire des lois de propagation de la corrosion intergranulaire de l'alliage 2024 T351 en prenant en compte au mieux l'environnement extérieurThe susceptibility to intergranular corrosion 2024 aluminium alloy is mainly influenced by three parameters : the metallurgical state of the material, the physical and chemical parameters characteristic of the environment and the stress state of the material. The first part of this work is devoted to the determination of relevant parameters to describe intergranular corrosion. A new way of quantifying intergranular corrosion was set up using the reduction of mechanical properties of the corroded material. Then, the second part is dedicated to the influence of the environmental parameters and the stress state on the susceptibility of the alloy to intergranular corrosion. Both of these factors are of first order related to the growing kinetics of intergranular corrosion. The whole results allow us to establish intergranular corrosion growing laws taking into account the environmentTOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF

Amorçage de fissures de corrosion sous contrainte du Zircaloy-4 recristallisé en milieu méthanol iodé

En situation d interaction pastille-gaine (IPG), les gaines de crayons combustible en alliage de zirconium sont susceptibles de rompre lors de transitoires de puissance incidentels dans les réacteurs à eau pressurisée, par un mécanisme de corrosion sous contrainte induite par l iode (CSC-I). Cette étude traite de l amorçage intergranulaire des fissures de CSC-I dans le Zircaloy-4 recristallisé, en milieu méthanol iodé à température ambiante, en s intéressant particulièrement aux paramètres mécaniques critiques et à la concentration en iode. Pour cela, une approche mêlant expériences et simulations numériques a été adoptée. Un modèle de comportement mécanique macroscopique de l alliage, viscoplastique et anisotrope, a été établi et validé sur une large gamme de sollicitations. Par la réalisation de nombreux essais de traction à vitesse de déformation imposée et de fluage en flexion quatre points, nous avons montré l existence d une concentration seuil I0 proche de 10-6 g.g-1 nécessaire à l apparition du dommage de CSC-I, mais également celle d une concentration de transition I1 proche de 2 10-4 g.g-1 au-delà de laquelle le mécanisme change, menant à un amorçage anticipé des fissures et une sensibilité réduite de l endommagement aux paramètres mécaniques. L importance de la concentration sur des paramètres tels que la densité des fissures, leur longueur moyenne et la vitesse de propagation intergranulaire et transgranulaire a été mise en évidence. Les résultats expérimentaux montrent que la déformation plastique macroscopique n est pas indispensable à l amorçage de fissures de CSC-I, pour un temps d essais suffisamment long en présence de contrainte. Son principal effet est de précipiter l apparition de fissures par la création de sites d amorçage, par rupture de la couche d oxyde et accumulation de contrainte intergranulaire. En dessous de I1 la détermination des déformations critiques à l amorçage montre un fort effet de vitesse. Dans ce domaine, une contrainte seuil de 100 MPa a été déterminée, bien inférieure à la limite élastique. L utilisation d éprouvettes entaillées et de la simulation numérique a permis de mettre en évidence un fort effet protecteur de l augmentation de la biaxialité des contraintes vis-à-vis de l amorçage, dans le domaine élastique comme dans le domaine plastique. Des éprouvettes préalablement irradiées aux protons à une dose de 2 dpa ont été testées dans les mêmes conditions que les éprouvettes non irradiées. La sensibilité accrue du matériau irradié à la CSC-I a pu être quantifiée et nous avons constaté qu un effet de concentration et un effet de vitesse de sollicitation subsistent après irradiation. L irradiation induit une localisation plus importante de la déformation menant à un amorçage prématuré des fissures, mais une sensibilité chimique plus importante, tendance à la piquration et décalage de I1, apparaît comme le principal responsable de la plus forte sensibilité de l irradié.During the pellet-cladding interaction, Zirconium-alloy fuel claddings might fail when subjected to incidental power transient in nuclear Pressurized Water Reactors, by Iodine-induced Stress Corrosion Cracking (I-SCC). This study deals with the intergranular initiation of I-SCC cracks in fully recrystallized Zircaloy-4, in methyl alcohol solution of iodine at room temperature, with the focus on critical mechanical parameters and iodine concentration. It was carried out with an approach mixing experiments and numerical simulations. An anisotropic and viscoplastic mechanical behavior model was established and validated over a wide range of loadings. With numerous constant elongation rate tensile tests and four points bending creep tests, the existence of a threshold iodine concentration I0 close to 10-6 g.g-1 was highlighted, necessary to the occurrence of I-SCC damage, along with a transition concentration I1 close to 2 10-4 g.g-1. Above I1 the mechanism changes, leading to a sped up crack initiation and a loss of sensitivity towards mechanical parameters. The importance of concentration on parameters such as crack density, crack average length and intergranular and transgranular crack velocities was evidenced. Experimental results show that plastic strain is not required for I-SCC crack initiation, if the test time is long enough in the presence of stress. Its main influence is to rush the occurrence of cracking by creating initiation sites, by way of breaking the oxide layer and building up intergranular stress. Below I1, the critical strains at initiation show a substantial strain rate sensitivity. In this domain, a threshold stress of 100 MPa was found, well below the yield stress. Thanks to the combined use of notched specimens and numerical simulations, a strong protective effect of an increasing stress biaxiality ratio was found, both in the elastic and plastic domains. Proton-irradiated samples, up to a dose of 2 dpa, were tested in the same conditions as fresh specimens. The higher I-SCC sensitivity of the irradiated material was measured and the effects of concentration and strain rate were found to remain. Irradiation leads to a higher strain localization causing early crack initiation, but the main reason for the higher sensitivity of the irradiated material seems to be a chemical one, with higher pitting occurrence and a shift of I1.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Mécanismes de corrosion localisée de l'alliage d'aluminium 2024 (apport de la microscopie à force atomique (AFM) couplée au mode Kelvin (KFM) et des alliages modèles)

L'alliage 2024 (Al-Cu-Mg) est, dans le contexte de l'allègement de structure, encore largement utilisé par l'industrie aéronautique. Sa microstructure le rend sensible à la corrosion localisée (corrosion par piqûres, corrosion feuilletante et intergranulaire). Parmi les paramètres microstructuraux, les particules intermétalliques, et notamment les particules de phase S-Al2CuMg, sont dans de nombreux cas un facteur d'endommagement. Ce travail de thèse est donc centré sur leur réactivité ainsi que sur l'apport de techniques locales à cette étude. Dans ce travail, une étude multianalytique a été réalisée. La microscopie à force atomique (AFM pour Atomic Force Microscopy) couplée au mode Kelvin (KFM pour Kelvin Force Microscopy) permettent l'acquisition de la topographie et du potentiel de surface d'un échantillon à l'échelle nanométrique. Le couplage de ces techniques à des analyses chimiques d'extrême surface par SIMS (Secondary Ions Mass Spectroscopy) ainsi que le suivi de la composition des particules lors de leur dissolution (MEB-EDS) ont démontré que l'association AFM-KFM permet le suivi de l'ensemble des phénomènes de dissolution de particules intermétalliques riches en cuivre avec une résolution spatiale de l'ordre de la centaine de nanomètres. En parallèle à ces travaux, l'étude d'alliages et de systèmes modèles par des techniques électrochimiques stationnaires et transitoires telles que la Spectroscopie d'Impédance Electrochimique Locale (SIEL) a été réalisée. Ce travail a permis de montrer la représentativité de ces systèmes pour étudier les phénomènes de microcouplage galvanique entre particules intermétalliques et matrice de l'alliage commercial 2024. La réactivité du couple aluminium/magnésium a été simulée numériquement par la méthode des éléments finis. Les distributions de courant et de potentiel calculées ont été validées par des observations en microscopie optique et électronique.2024 aluminium alloy is often used in aerospace applications in the structure lightening context. Its microstructure makes it very susceptible to localized corrosion (pitting corrosion, exfoliation corrosion and intergranular corrosion). Among the microstructural parameters, intermetallic particles and mainly S-phase (Al2CuMg) particles are an important damaging factor. This work is focused on their reactivity. The local technique contribution was demonstrated. In this work a multianalytical study was developed. Kelvin Force Microscopy (KFM, the Kelvin mode of AFM) allows topographical and surface potential maps of the same zone of the sample surface with submicrometric resolution to be obtained. Coupling of this technique with extreme surface chemical analyses (SIMS) and chemical composition of the particle during dissolution (MEB-EDS) allowed interesting results to be obtained. The possibility of KFM to follow dissolution phenomena of copper rich intermetalics was demonstrated. Model systems and alloys were studied by means of stationary and transient electrochemical techniques as Local Electrochemical Impedance Spectroscopy (LEIS). These model systems were shown to be representative of the galvanic coupling between intermetallics and the matrix of 2024 commercial alloy. Aluminium and magnesium model couple reactivity was simulated by finite element method (FEM) calculations. The current and potential distribution calculated was corroborated by optical and electronic microscope observations.TOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF

Plasma Amyloid Beta Predicts Conversion to Dementia in Subjects with Mild Cognitive Impairment: The BALTAZAR Study

International audienceINTRODUCTION: Blood-based biomarkers are the next challenge for Alzheimer's disease (AD) diagnosis and prognosis. METHODS: Mild cognitive impairment (MCI) participants (N = 485) of the BALTAZAR study, a large-scale longitudinal multicenter cohort, were followed-up for 3 years. A total of 165 of them converted to dementia (95% AD). Associations of conversion and plasma amyloid beta (Aβ)1-42 , Aβ1-40 , Aβ1-42 /Aβ1-40 ratio were analyzed with logistic and Cox models. RESULTS: Converters to dementia had lower level of plasma Aβ1-42 (37.1 pg/mL [12.5] vs. 39.2 [11.1] , P value = .03) and lower Aβ1-42 /Aβ1-40 ratio than non-converters (0.148 [0.125] vs. 0.154 [0.076], P value = .02). MCI participants in the highest quartile of Aβ1-42 /Aβ1-40 ratio (>0.169) had a significant lower risk of conversion (hazard ratio adjusted for age, sex, education, apolipoprotein E \epsilon4, hippocampus atrophy = 0.52 (95% confidence interval [0.31-0.86], P value = .01). DISCUSSION: In this large cohort of MCI subjects we identified a threshold for plasma Aβ1-42 /Aβ1-40 ratio that may detect patients with a low risk of conversion to dementia within 3 years

Comparative genomics of protoploid Saccharomycetaceae

Our knowledge of yeast genomes remains largely dominated by the extensive studies on Saccharomyces cerevisiae and the consequences of its ancestral duplication, leaving the evolution of the entire class of hemiascomycetes only partly explored. We concentrate here on five species of Saccharomycetaceae, a large subdivision of hemiascomycetes, that we call “protoploid” because they diverged from the S. cerevisiae lineage prior to its genome duplication. We determined the complete genome sequences of three of these species: Kluyveromyces (Lachancea) thermotolerans and Saccharomyces (Lachancea) kluyveri (two members of the newly described Lachancea clade), and Zygosaccharomyces rouxii. We included in our comparisons the previously available sequences of Kluyveromyces lactis and Ashbya (Eremothecium) gossypii. Despite their broad evolutionary range and significant individual variations in each lineage, the five protoploid Saccharomycetaceae share a core repertoire of approximately 3300 protein families and a high degree of conserved synteny. Synteny blocks were used to define gene orthology and to infer ancestors. Far from representing minimal genomes without redundancy, the five protoploid yeasts contain numerous copies of paralogous genes, either dispersed or in tandem arrays, that, altogether, constitute a third of each genome. Ancient, conserved paralogs as well as novel, lineage-specific paralogs were identified