CHAPITRE II DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX ET MODES …

Chapitre II : Dispositifs expérimentaux et modes opératoires

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CHAPITRE II

DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX ET MODES OPERATOIRES

II. 1. Introduction

La première partie de ce chapitre est consacrée à la présentation des divers appareils de

mesure et d’enregistrement employés au cours de l’étude expérimentale.

La seconde partie est relative aux matériaux et aux modes opératoires mis en oeuvre lors des

divers essais réalisés dans le cadre de cette thèse.


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II. 2. Appareillage

Le dispositif utilisé pour notre étude de la corrosion feuilletante est constitué d’une cellule

d’essais, d’une chaîne d’acquisition des paramètres acoustiques et d’un dispositif permettant

les caractérisations électrochimiques.

II. 2. 1. Cellule d’essai

La cellule (figure II. 1) constitue le cœur du dispositif : elle comporte l’échantillon et les

divers capteurs et accessoires permettant les mesures électrochimiques et acoustiques. Elle est

constituée de trois parties distinctes : le fond, le corps et le couvercle.

Figure II. 1 : Schéma de la cellule d’essais.

Le fond de la cellule : c’est à ce niveau qu’est placé l’échantillon. Un anneau de cuivre,

plaqué sous ce dernier, permet d’assurer un bon contact électrique nécessaire aux mesures


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électrochimiques. Le capteur d’émission acoustique est également maintenu sous l’échantillon

par l’intermédiaire d’un ressort calibré. Une bague en téflon isole électriquement l’anneau de

cuivre et le capteur d’EA. Il évite la transmission de « parasites électriques » entre le système

de mesure électrochimique et le dispositif d’acquisition d’EA. Le ressort calibré placé derrière

le capteur et l’utilisation d’une dose de couplant bien définie entre l’échantillon et le capteur

acoustique permettent d’obtenir les conditions de contact capteur/échantillon satisfaisantes et

reproductibles. La charge appliquée au capteur est alors de 10 psi (environ 340 Pa). Cette

charge est conforme aux recommandations du fabriquant d’instrumentation d’EA.

Le corps de la cellule est constituée d’un cylindre en PTFE fixé verticalement sur le fond de

la cellule par un système de 8 vis. L’usinage du fond de la cellule est de forme conique afin

d’éviter tout confinement de la solution a proximité de l’échantillon. Un joint plat circulaire

en néoprène placé sur l’échantillon et comprimé entre les deux parties de la cellule assure la

parfaite étanchéité du système entre le fond et le corps de la cellule. Il évite le développement

de la corrosion caverneuse localisée sous joint. L’aire de la surface de l’échantillon en contact

avec la solution est de 2,7 cm2. Le volume de solution utilisée, est fixé par la norme à de 50

mL.

Le couvercle, constitué d’une plaque en PTFE, percée de trois orifices a pour objectif d’éviter

une évaporation importante de la solution en cours d’essai. Deux orifices permettent le

passage de l’électrode de référence et de la contre électrode utilisées pour les mesures

électrochimiques. Le troisième orifice est utilisé pour le remplissage de la cellule. Il est

ensuite fermé pendant la durée des essais.

II. 2. 2. Chaîne d’émission acoustique

II. 3. 2. a- Description de la chaîne d’acquisition

Le dispositif d’acquisition d’émission acoustique utilisé pour ce travail est une chaîne

classique composée d’un capteur, d’un pré-amplificateur et d’une carte d’acquisition (figure

II. 2 ).


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Figure II. 2 : Schéma du montage d’acquisition d’émission acoustique.

Le capteur d’EA est un élément majeur de la chaîne d’acquisition car il recueille l’ensemble

des ondes élastiques crées au sein du matériau. Il se compose principalement d’une céramique

piézo-électrique pour laquelle, toute sollicitation mécanique se traduit par le déplacement de

charges électriques. Les vibrations induites sur le cristal piézo sont transformées en variations

de tensions. Alors que de précédents travaux [86] avaient été réalisés au laboratoire en

utilisant un capteur de type PAC R15 résonant dont la fréquence caractéristique était de 150

kHz, nous avons utilisé un capteur de type PAC WD différentiel à large bande (100 kHz-1200

kHz). Certes, ce type de capteur a une résolution plus faible que celle du PAC R15 mais il

permet de détecter et d’enregistrer les signaux sur une bande de fréquence beaucoup plus

large (100 kHz – 1200 kHz). On relève ainsi un panorama plus complet des diverses

populations de signaux émis lors du phénomène de corrosion étudié.

Le pré-amplificateur utilisé est le modèle 1220A commercialisé par EPA (Euro Physical

Acoustic). Il s’agit d’un pré-amplificateur large bande (20 – 1200 kHz) de type différentiel et

qui amplifie le signal d’un gain de 60 dB. Il permet d’amplifier le signal par rapport au bruit

parasite dû à l’environnement. Afin d’atténuer ce bruit de fond, le pré-amplificateur est placé

à proximité du capteur.

La carte d’acquisition est une carte de numérisation commerciale AEDSP 32/16 développée

par EPA. Cette carte est pilotée par le logiciel MISTRAS 2001 3.42. Le système d’acquisition

enregistre les signaux et les caractéristiques des salves. Ces caractéristiques sont directement

fonction des paramètres d’acquisition prédéfinis par le manipulateur.


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II. 2. 2. b- Paramètres d’acquisition.

Le paramètre seuil est déterminant pour effectuer une acquisition correctement exploitable

d’émission acoustique. Un ajustement adéquat du seuil permet en effet de s’affranchir des

bruits parasites dus à l’environnement. Dans notre cas, une valeur trop faible induit une

acquisition « polluée » par ce bruit parasite, et une valeur trop élevée implique qu’on se prive

d’une partie des signaux et donc de toute l’information disponible. Le seuil utilisé est fixé,

dans le cadre de ce travail, à 30 dB. De plus, l’application d’un filtre analogique en fréquence

(100 kHz – 1200 kHz), en parfait accord avec la plage fréquentielle de sensibilité du capteur

WD utilisé, permet d’éliminer totalement les signaux parasites basse fréquence.

Les paramètres temporels d’acquisition d’émission acoustique sont au nombre de trois : le

PDT, le HDT et le HLT.

- PDT (Peak Definition Time) : fenêtre temporelle qui permet de définir le temps de

montée des salves. Le PDT est fixé dans notre étude à 20 µs.

- HDT (Hit Definition Time) : fenêtre temporelle qui permet de définir la durée des

salves. Le HDT choisi ici est de 50 µs.

- HLT (Hit Lockout Time) : temps mort qui suit l’acquisition de chaque salve. Ce

temps permet l’enregistrement et donc la sauvegarde des données. Il impose d’avoir une

démarche statistique dans l’utilisation de l’EA. Il est fixé dans le cadre de ce travail à 1000

µs.

La fréquence d’échantillonnage utilisée dans cette étude est de 8 MHz. Cette fréquence

permet en effet d’obtenir une excellente définition des signaux, enregistrés dans le gamme de

fréquence du capteur, en évitant toutefois de trop encombrer la carte d’acquisition.

II. .2. 3. Mesures électrochimiques

II. 2. 3. a- Matériel

Les mesures électrochimique sont réalisées avec un montage classique à trois électrodes (cf

figure II. 1). La contre-électrode est constituée d’une plaque de platine et l’électrode de

référence est une électrode au calomel saturée (ECS) dont le potentiel est 241 mV/ENH.


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Avant chaque essai, on s’assure que la surface active immergée de la contre-électrode est bien

supérieure à celle de l’échantillon.

La plupart des mesures électrochimiques sont effectuées avec un potentiostat/galvanostat

EG&G 273 à trois entrées, piloté par un ordinateur et le logiciel de corrosion EG&G M352.

Les diagrammes de spectroscopie d’impédance électrochimique sont réalisés avec un

potentiostat Tacussel PGZ 301 muni d’un analyseur de fréquence et piloté par le logiciel

Voltamaster 4 version 1.01.

II. 2. 3. b- Paramètres expérimentaux

Les mesures de résistance de polarisation (Rp) sont réalisées en imposant un balayage en

potentiel d’amplitude 5 mV autour du potentiel libre (Elibre- 5 mV < Eimp< Elibre+ 5 mV). La

vitesse de balayage choisie est de 10 mV/min. On mesure alors la densité de courant et Rp est

alors défini par :

Rp = (∆E/∆I)I→0 (7)

Les courbes de polarisation obtenues en effectuant des balayages de potentiel de 100 mV

autour du potentiel libre. Le balayage en potentiel s’effectue en partant du domaine

cathodique vers le domaine anodique à la vitesse de 2,5 mV/s. Ce type de courbe permet de

déterminer une densité de courant de corrosion. Cependant, cette grandeur doit être exploitée

avec précautions car la corrosion feuilletante étant un phénomène localisé, la surface

réellement active pour chaque essai est délicate à déterminer avec précision.

Les spectres d’impédance électrochimique enregistrés après stabilisation du potentiel libre

(environ 30 min). Les spectres sont obtenus en imposant des variations de potentiel

sinusoïdales (∆E = ∆E0 ejωt) de 10 mV d’amplitude crête à crête autour du potentiel libre. Sur

cet intervalle de potentiel, le système est quasi-stationnaire [34, 36]. Les balayages en

potentiel sont effectués à diverses fréquences dans la gamme 100 kHz-1 mHz (10 fréquences

de mesure par décade). Les variations de densité de courant mesurées durant cette

perturbation du système permettent alors de définir une impédance Z selon l’expression :

Z = (∆E/∆I) = (∆E0 ejωt)/(∆I ej(ωt+φ)) (8)


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De même que la réponse en intensité, Z est lié à l’état de l’interface échantillon / électrolyte.

La représentation de Z = Z’- jZ’’ dans le plan de Nyquist (- Z’’ = f(Z’)) ou en représentation

de Bode (log Z et Φ en fonction de ω ) permettent alors de caractériser cette interface. Les

phénomènes interfaciaux rapides sont alors observés aux hautes fréquences tandis que la

signature des phénomènes plus lents apparaît à basses fréquences. L’étude de ces diagrammes

fournit donc des informations très riches pour modéliser l’interface et mieux appréhender le

mode de corrosion étudié, avec la remarque déjà exprimée qu’il s’agit là d’une caractérisation

« moyenne » de l’ensemble de la surface de l’échantillon au contact du milieu, alors que le

phénomène étudié reste localisé dans son mode de manifestation.

II. 2. 4. Chaîne de bruit électrochimique

II. 2. 4. a- Description de la chaîne d’acquisition de bruit électrochimique

Les enregistrements de bruit électrochimique nécessitent l’utilisation d’un appareillage et

d’un dispositif expérimental spécifiques. Cet équipement a été mis à notre disposition au

laboratoire LTPCM de l’ENSEEG dans l’équipe du professeur Baroux et avec l’aide de S.

Hœrlé et T. Sourisseau. Le montage de bruit électrochimique est un montage à trois

électrodes : une électrode de référence et deux électrodes échantillons. Ce montage est

composé de quatre parties : la cellule, l’ampèremètre à très faible impédance d’entrée, le

potentiomètre à très forte impédance d’entrée et la carte d’acquisition.


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Figure II. 3 : Montage expérimental de mesure de bruit électrochimique.

La cellule est composée d’un cylindre de verre ouvert à ses deux extrémités (figure II. 3).

L’électrode de référence (électrode au calomel saturée) est placée à égale distance de ces deux

extrèmités. Les deux plaques échantillons, plaquées verticalement par des vis à chaque

extrémité du cylindre, permettent de fermer la cellule. L’étanchéité du système est assuré par

des joints toriques. Le volume de la cellule ainsi obtenue est d’environ 100 cm3. La surface de

chaque échantillon exposée à la solution agressive est d’environ 30 cm2.

L’ampèremètre placé entre les deux échantillons mesure le courant de déséquilibre pendant la

durée de l’essai. Ce courant est dû au fait que le phénomène de corrosion feuilletante

(corrosion localisée) n’apparaît pas de façon symétrique ni simultanée sur les deux

échantillons. L’impédance de l’ampèremètre (comprise entre 1 Ω et 106 Ω selon le calibre

réglable entre 1 nA à 1 mA) reste faible devant celle de l’interface métal/solution. La chute de

tension à l’entrée de cet appareil est inférieure à 250 µV et la précision de la mesure

supérieure à 0,1 %.

Le potentiomètre relie le système, composé des deux plaques échantillons, avec l’électrode de

référence. Il mesure les variations de potentiel du système et permet de suivre son évolution

d’une façon plus globale que par mesure du bruit en courant. L’impédance d’entrée du

système de mesure de la tension est de l’ordre de 1013 Ω. Le courant débité dans cet appareil

est donc très faible (inférieur au pA) et par conséquent, la mesure du bruit en tension est très


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peu perturbatrice. La dérive de l’offset est inférieur à 100 µV et la précision des mesure est

supérieure à 0,1 %.

Ces deux instruments de mesure (ampéremètre et potentiomètre) sont réalisés par l’entreprise

Alpes Instruments en collaboration avec le laboratoire LTPCM. Ils sont pilotés et les données

sont enregistrées à l’aide du système d’acquisition et de traitement du signal Mustig

développé par l’entreprise Grésilog.

Afin d’éviter au maximum la présence de bruit parasite extérieur au système, les appareils de

mesure sont placés dans une cage de Farafay et l’ensemble du dispositif expérimental est

équipé de composants électroniques, de connecteurs (connecteurs LEMO 50 Ω) et de câbles

(câbles LEMO 50 Ω et 100 pF/m) à faible niveau de bruit. Le niveau du bruit instrumental est

ainsi abaissé à 5 µV et 1 pA pour une sensibilité de mesure de l’ordre de 0,3 µV et 0,1 pA.

L’utilisation de la cage de Faraday permet de réduire ce bruit en tension à 1 µV mais

n’apporte pas d’amélioration pour le bruit en courant.

II. 2. 4. b- Paramètres d’acquisition.

La fréquence d’échantillonnage utilisée pour nos mesures de bruit électrochimique est de

46,875 Hz. Cette fréquence est choisie la plus grande possible, tout en restant inférieure aux

50 Hz du réseau, afin d’obtenir la meilleure résolution en temps, sans nécessiter le filtrage des

signaux induits par le réseau, et en évitant ainsi de nouvelles sources de perte d’information.

Un filtre est toutefois appliqué dont la fréquence de coupure est de fe/2,35 (si fe est la

fréquence d’échantillonnage). Ainsi, la fréquence maximale effectivement accessible avec ce

dispositif est de 20 Hz. Les signaux sont enregistrés sous forme de blocs de points. Le nombre

de point par bloc est fixé dans notre cas à 214=16384 points. Chaque bloc correspond donc à

une durée de test de 349 s. Le logiciel Mustig permet de traiter au maximum 40 de ces blocs

simultanément et de calculer sur l’ensemble de ces 40 blocs, les grandeurs classiquement

utilisées pour l’exploitation des signaux de bruit électrochimique. Aussi, la durée maximale

totale de test qui peut être analysée de façon homogène par ce dispositif est elle de 112

minutes.

De récentes études montrent l’intérêt de calculer des diagrammes de SIE à partir des signaux

de bruit électrochimique (Spectroscopie d’Impédance de Bruit Electrochimique) [38, 43]. Ces


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diagrammes de SIBE sont obtenus par analyse fréquentielle (calcul des densités spectrales par

transformée de Fourier) des signaux enregistrés par bruit électrochimique (cf Annexe I). Ce

calcul est effectué dans notre étude sur les blocs de données considérés indépendamment.

Ainsi, la gamme de fréquence balayée pour ces spectres de SIBE est 6.10-3 Hz à 20 Hz.

Les calibres choisis pour notre étude sont de 3 V pour la tension et 3 mA pour le courant. Ces

calibres définissent la précision des mesures. En effet, pour être enregistré, le signal

analogique est codé numériquement par un système de 32762 valeurs discrètes, réparties

régulièrement entre la valeur maximale et la valeur minimale de la grandeur mesurée. Le

calibre définit cet intervalle de valeurs et donc la précision de la numérisation du signal qui

est donc ici de 3/32762 V pour le potentiel et 3/32762 mA pour le courant.

II. 2. 5. Analyse et caractérisation de la surface des matériaux étudiés

II. 2. 5. a- Microscopie optique

La microscopie optique (MO) est utilisée afin, d’une part, de déterminer la structure et la

texture granulaire des matériaux étudiés, et d’autre part, de caractériser l’état de dégradation

des échantillons après les différents tests de corrosion. Le microscope utilisé dans cette étude

est un microscope Reichert couplé à une caméra digitale Sanyo et un logiciel d’image

ACDSee.

II. 2. 5. b- Microscopie électronique en balayage

Le microscope électronique à balayage (MEB) est utilisé afin d’observer plus finement l’état

de surface des matériaux et rendre compte des précipités grossiers présents dans les divers

matériaux. Le principe de l’imagerie MEB consiste à composer une image de surface à partir

des électrons secondaires éjectés du matériau sous l’effet du faisceau primaire. L’énergie de

ces électrons dépend directement de l’énergie des électrons primaires et du numéro atomique

de l’élément qui interagit avec le faisceau primaire.

L’appareil utilisé ici est un JEOL XL20 qui permet de travailler avec diverses tension

d’accélérations (de 5 à 20 kV). Cet appareil permet aussi de faire des analyses chimiques des


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diverses phases présentes à la surface du matériau. Elles sont effectuées à partir de l’énergie

des photons émis par excitation du matériau par le faisceau d’électrons (analyse EDX).

L’énergie des photons est directement liée au numéro atomique de l’élément qui l’émet.

II. 2. 5. c- Microscopie électronique en transmission

La microscopie électronique en transmission (MET) est utilisée pour observer très finement la

microstructure des matériaux. Le principe du microscope électronique à transmission est

d’utiliser les caractéristiques des électrons qui traversent la lame échantillon observée (figure

II. 4). Trois modes d’observation sont alors possibles :

- le champ clair : imagerie du matériau faite directement à partir de l’ensemble

des électrons qui traversent l’échantillon.

- le cliché de diffraction : observation du cliché de diffraction d’un fin faisceau

d’électrons sur une petite partie de l’échantillon. Ce mode d’observation

permet alors de rendre compte de l’état cristallin des diverses phases

observées.

- le champ sombre : imagerie de l’échantillon obtenue en sélectionnant

uniquement la partie du faisceau d’électrons qui diffracte selon une direction

pré-déterminée sur le cliché de diffraction. Ce mode d’observation permet

alors d’avoir une cartographie des différentes zones qui sont dans même état

cristallographique et orientés dans la même direction.


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Figure II. 4 : Schéma de fonctionnement du MET.

Deux microscopes différents sont employés dans cette étude : le microscope JEOL 200CX et

le microscope JEOL 2010F(2). Ces deux microscopes utilisent une tension d’accélération des

électrons de 200kV. Le microscope 200CX permet de faire de la microscopie électronique en

transmission conventionnelle avec une résolution de l’ordre du nanomètre. Il présente aussi

l’intérêt de permettre une orientation aisée des échantillons. Le microscope JEOL 2010F

permet de faire de la microscopie en transmission haute résolution pour laquelle la résolution

peut atteindre 0,2 nm. Il permet aussi de faire aisément des analyses EDX très fines des

différentes phases du matériau. L’emploi d’un canon à effet de champ permet aussi de faire

des profils de concentration élémentaires très précis par le biais d’analyses EDX. Toutefois,

ce dispositif ne permet pas d’orienter à souhait les échantillons. Les deux appareils étant

complémentaires, ils seront utilisés successivement dans cette étude.

(2) Le microscope JEOL 2010F est la propriété du Consortium LYonnais de Microscopie

Electronique.


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II. 3. Matériaux et modes opératoires

II. 3. 1. Matériaux

Les matériaux utilisés pour cette étude sont fournis par le CRV Péchiney. Il s’agit de deux

alliages d’aluminium (2024 et 7449). L’alliage 2024 est employé depuis une trentaine d’année

dans l’industrie aéronautique. C’est le matériau le plus étudié pour analyser le phénomène de

corrosion feuilletante [31, 34, 36, 86, 97, 98]. Il est utilisé dans ce travail comme « étalon »

afin de caractériser par les diverses techniques, mises en œuvre dans notre étude, les

phénomènes propres à ce mode de corrosion. L’alliage 7449 est un matériau plus récemment

formulé. Il est destiné à être couramment employé dans l’industrie aéronautique. La

composition de ces deux alliages est donnée dans le tableau II. 1.

Tableau II. 1 : Composition chimique (% pondéral) des alliages d’aluminium.

alliages Si Fe Cu Mn Cr Zn Ti Ti+Zr Al autres

2024 0,50 0,503,8<

<4,9

0,30<

<0,9

1,2<

<1,80,10 0,25 0,15 - base 0,15

7449 0,12 0,251,4<

<2,10,2

1,8<

<2,7-

7,5<

<8,70,25 base 0,15

Pour obtenir les propriétés mécaniques requises, ces matériaux subissent différents

traitements thermomécaniques. Ainsi, l’alliage 2024 est dans un état T351 tandis que l’alliage

7449 est disponible dans deux états distincts : le T651 et le T7651. Dans un soucis de

simplification et de clarté du reste du manuscrit, ces matériaux seront repérés respectivement

par les termes 2024 T3, 7449 T6 et 7449 T7. Le descriptif des traitements thermiques

appliqués aux alliages 2024 et 7X49 est résumé tableau II. 2 et figure II. 5. Les traitements

thermiques types T6 et T7 appliqués sur alliage 7X49, proches de ceux appliqués à l’alliage

7449, sont donnés à titre d’exemple car pour des raisons de confidentialité, nous ne pouvons

pas être plus précis sur la séquence réelle des traitements effectués sur notre alliage 7449. Le

schéma représenté figure II. 5 résume l’enchaînement de ces traitements thermiques.


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Tableau II. 2 : Traitements thermiques appliqués aux matériaux étudiés.

Mise en solution Trempe Maturation Traitement de revenuTraction

contrôlée

2024

T351

495 °C

(± 5 °C),

> 30 min

Eau

< 40 °C

T° amb,

> 4 jours- 2%

7X49

T651

465 °C

(± 5 °C),

> 30 min

Eau

< 40 °C

T° amb,

> 4 jours

135 °C (± 5 °C),

12h 2%

7X49

T7651

465 °C

(± 5 °C),

> 30 min

Eau

< 40 °C

T° amb,

> 4 jours

120 °C (± 5 °C),

24 h à 25 h

+ 165 °C (± 5 °C),

12 h à 14h

2%

Mise en solution

Trempe

Maturation

Revenu

Temps

Te

mpé

ratu

re

Figure II. 5 : Séquence de traitement de durcissement structural.

Les matériaux subissent un écrouissage après mise en solution. Cet écrouissage facilite la

recristallisation et favorise la formation de cristaux fins. Les conditions de cet écrouissage

dépendent de la nature des éléments d’alliage, de l’épaisseur de tôle désirée et de la


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température de mise en solution. Les conditions précises du détentionnement restent aussi

confidentielles.

Les échantillons sont fournis sous forme de plaques carrées de 25 cm de coté et 1 cm

d’épaisseur. Contrairement à l’alliage 7449, l’alliage 2024 fourni est protégé de la corrosion

par un fin placage sur les deux faces (épaisseur totale 1 mm) par un alliage 1050 (Fe 0.40 %,

Si 0.25 % et Al base) plus anodique que l’alliage 2024 [16].

II. 3. 2. Modes opératoires

Puisque l’alliage 2024 est fourni plaqué sur ses faces et en raison des résultats présentés dans

la littérature (cf § I. 2. 2 - c), nous choisissons de découper les échantillons dans le cœur des

matériaux et plus précisément dans le plan situé au tiers de l’épaisseur des plaques d’origine.

Les échantillons obtenus sont des plaques carrées de 2.5 cm de coté et d’épaisseur environ 2.5

mm. Ces échantillons sont ensuite polis au papier SiC 1200, puis à la pâte diamantée 3 µm et

lavés abondamment à l’eau et à l’éthanol puis séchés.

II. 3. 2. a- Essais de corrosion feuilletante

Quatre types de tests sont couramment utilisés pour les études de corrosion feuilletante des

alliages d’aluminium : les tests en immersion totale, les tests en immersion alternée, les

expositions au brouillard salin et l’exposition au milieu marin. La littérature montre que ces

techniques expérimentales conduisent à des résultats d’une fiabilité analogue en matière de

dégradation [8, 97-98]. De plus, les tests en immersion totale présentent deux intérêts : ils sont

rapides et permettent aisément la mise en œuvre conjointe des techniques électrochimiques.

Le milieu retenu pour notre étude est la solution EXCO (ASTM G34) dont les caractéristiques

sont décrites dans le tableau II. 3. Ce milieu permet d’obtenir après quelques dizaines

d’heures d’exposition, un état de dégradation qui correspond à celui observé après environ

une vingtaine d’année d’exploitation d’un avion [99]. Toutefois, l’utilisation du milieu

« EXCO standard » induit une grande variation du pH au cours des essais (le pH varie de 0.4

à 3.2) et rend l’interprétation des résultats délicate [8]. De plus, le milieu standard sur-estime

la dégradation des alliages de la série 7XXX. Aussi, le milieu utilisé pour notre étude de la


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corrosion feuilletante de l’alliage 7449, sera une solution rendue moins agressive et plus

stable dont les caractéristiques sont données tableau II. 3. Ce milieu est appelé ici « EXCO

modifié ».

Tableau II. 3 : Composition des milieux d’essais de corrosion feuilletante.

NaCl

(g/L)

KNO3

(g/L)

HNO3

(g/L)

AlCl3,6H2O

(g/L)

pH température

(°C)

Volume/surface

(cm)

EXCO standard 234 50 44 - 0,4 25°C 15-20

EXCO modifié 234 61 <44 5.4 3,2 25°C 15-20

La solution EXCO modifiée s’avérant en revanche trop faiblement agressive pour obtenir

rapidement un état de corrosion feuilletante significatif sur alliage 2024 T3, les essais de

corrosion sur dernier alliage seront néanmoins effectués en milieu EXCO standard [86].

II. 3. 2. b- Essais de corrosion par piqûre

Certaines étapes dans le développement de la corrosion feuilletante et de la corrosion par

piqûre (dépassivation de la surface, dissolution électrochimique des matériaux,…) sont

communes. Aussi, en vue de compléter l’étude de la corrosion feuilletante, quelques tests de

corrosion par piqûre ont été réalisés. La préparation des échantillons est identique à celle

effectuée lors des essais de corrosion feuilletante. La solution utilisée est une solution aqueuse

de Na2SO4 (0.5 M) à laquelle on ajoute 100 ppm de NaCl. Un potentiel de 100mV/Elibre est

imposé pour amorcer rapidement la corrosion par piqûre [71]. Cette polarisation est effetuée

après stabilisation préalable du potentiel libre durant 2 heures.

II. 3. 2. c- Observations des matériaux avant essais de corrosion

II. 3. 2. c. α. Morphologie des grains

D’après Robinson [30, 33], la morphologie des grains est déterminante pour la sensibilité des

matériaux à la corrosion feuilletante. Ce paramètre est étudié par observation au MO des

échantillons dans le plan de laminage ainsi que dans les plans orthogonaux au laminage


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(Travers Court et Travers Long). Pour permettre une bonne observation optique ces plaquettes

échantillons sont polies successivement avec du papier SiC 80, 600, 1200 et à la pâte

diamantée 3 µm et 0.3 µm jusqu’à l’obtention d’un poli miroir. Les joints de grains sont

ensuite révélés par immersion d’environ 3 s dans le réactif de Keller dont la composition est

donnée dans le tableau II. 4 [100]. Les matériaux, lavés à l’eau et l’éthanol puis séchés sont

alors observés.

Tableau II. 4 : Composition pondérale du réactif de Keller (réactif d’attaque

métallographique).

H2O HCl HNO3 HF

95,5% 1,5% 2,5% 0,5%

II. 3. 2. c. β. Microstructure

D’après la littérature, la composition des joints de grains et la nature des précipités présents

dans les alliages d’aluminium, sont aussi des paramètres déterminants pour la sensibilité à la

corrosion feuilletante (paragraphe I. 2. 2). La microstructure des matériaux est étudiée par

microscopie électronique.

Les observations MEB sont réalisées sur des échantillons polis miroir. L’analyse chimique

des phases observées est effectuée par EDX couplé au MEB.

Une analyse plus fine de la microstructure des matériaux est obtenue au MET après une

préparation minutieuse des échantillons. Ces études sont réalisées au CLYME en

collaboration avec Monsieur M. Tanaka que je tiens à remercier vivement. Les échantillons

préparés en coupe (TC) sont polis mécaniquement jusqu’à obtenir une épaisseur comprise

entre 50 µm et 100 µm. Ils sont alors découpés à l’emporte-pièce en disques de 3 mm de

diamètre et finalement amincis électrolytiquement jusqu’à obtention d’une lame mince,

d’épaisseur inférieure à 100 nm. Le polissage électrolytique est effectué avec une solution à

30 % en acide nitrique dans du méthanol refroidi par azote liquide à –25°C. La polisseuse

utilisée est un appareil Ténupol 5 double jet. Enfin, un cours passage à l’amincisseur ionique

(sous argon) permet d’élargir la zone mince de la lame et d’améliorer les conditions

d’observation et d’analyse.


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II. 3. 2. d- Observations des échantillons après essais de corrosion.

Pour caractériser leur état de dégradation, les échantillons corrodés sont observés au

microscope optique. Des observations en coupe des échantillons testés sont aussi réalisées par

MO et MEB. Les échantillons corrodés sont alors enrobés à froid dans une résine, puis

découpés et polis miroir. Ces observations permettent d’évaluer qualitativement la sévérité de

l’attaque et l’étendue des feuillets et cloques.

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CHAPITRE II DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX ET MODES …