Soutenance de thèse de FABIOLA NGOMESSE

La radiographie X de laboratoire a été utilisée pour étudier l'impact de la gravité sur la dynamique de formation de la microstructure lors de la solidification d’alliages affinés Al-20%pdsCu. Une étude comparative d’expériences de solidification dirigée dans trois configurations différentes par rapport à la gravité a d’abord été réalisée : configuration horizontale, configurations verticales vers le haut et vers le bas. Des informations quantitatives ont été obtenues sur la vitesse de flottaison des grains pendant la croissance vers le haut. Au cours de la croissance vers le bas, l'impact des plumes de soluté sur la vitesse de pointe des dendrites a été démontré. L'impact de ces effets sur la microstructure équiaxe a ensuite été analysé en mesurant les distributions de taille des grains et du facteur d'élongation. Dans un second temps, une étude comparative a été réalisée entre l'expérience effectuée à bord de la fusée-sonde MASER-14 et des expériences au sol dans trois configurations différentes. Le but était d'étudier l'impact de la gravité sur la transition colonnaire-équiaxe pendant la solidification d’alliages affinés Al-20%pdsCu. Il a été démontré que le blocage mécanique était dominant pendant les expériences en microgravité et horizontale en raison du retrait de solidification, alors que les blocage mécanique et solutal se produisaient dans les configurations verticales. Un autre résultat important était que la distance de nucléation était plus grande en microgravité que lors des expériences au sol pour lesquelles les couches limites de soluté sont plus courtes à cause de la convection et la germination des grains se produit plus près du front colonnaire.

X-radiography with microfocus source was applied to investigate the impact of gravity effects on the grain structure and microstructure formation during the solidification of refined Al-20wt.%Cu alloys. In a first part, gravity effects were investigated by a comparative study of directional solidifications in three different sample orientation versus gravity direction, namely horizontal, vertical upward and vertical downward. Quantitative information was provided on grain flotation velocity during upward growth and the impact of solute plumes on dendrite tip velocity during downward growth was demonstrated. The impact of these gravity effects on the equiaxed microstructure characteristics was then analysed in detail by measuring the grain size, elongation factor and growth orientation distributions. In a second part, a comparative study was performed between the microgravity experiment carried out onboard of sounding rocket MASER-14 and ground experiments in three different sample orientation versus gravity direction. The objective was to investigate the impact of gravity-driven phenomena on the Columnar-to-Equiaxed Transition during the solidification of refined Al-20wt.%Cu alloys. It has been shown that mechanical blocking was dominant during both microgravity and horizontal experiments because of the shrinkage flow, whereas both mechanical and solutal blocking occurred in vertical solidifications. Another key result was the larger nucleation distance in microgravity conditions compared to ground experiments. For these latter, the solute boundary layers were shortened by convective flows and grain nucleation occurred closer to the columnar front.