Caractéristiques de l’aluminium

Caractéristiques de l’aluminium

Caractéristiques de l’aluminium

L’aluminium pur est un métal blanc argenté très réfléchissant. Il est connu pour sa résistance à la corrosion, grâce à la formation d’un film d’oxydation uniforme, et sa légèreté. C’est un bon conducteur thermique et électrique, mais il n’est pas magnétique. L’aluminium a vite été associé à d’autres métaux afin de lui conférer de nouvelles propriétés. Par exemple, l’ajout de manganèse, cuivre et/ou zinc augmente la résistance mécanique, alors que l’ajout de magnésium et/ou de silicium le rend plus résistant face à la corrosion. En dehors de ces alliages nommés, l’Aluminium Association (AA) a choisi de créer des classements pour les alliages d’aluminium corroyés et coulés, en attribuant un numéro AA unique et un numéro UNS en fonction de la composition d’alliage. Le premier chiffre AA ainsi que les seconds chiffres (UNS) sont attribués en fonction des principaux éléments constituant l’alliage . Les autres chiffres sont donnés en fonctions des caractéristiques secondaires.

Corrosion de l’aluminium

L’aluminium est un métal dont le potentiel de corrosion est relativement bas ,c’est pour cela que sa surface, au contact de l’air, se passive rapidement et forme un film d’oxydation.
Celui-ci agit comme une protection face à la corrosion. Il a été observé que cette couche grandissait avec le temps en fonction de l’environnement. En dehors de ce film, la corrosion de l’aluminium peut être présente sous forme de piqûres ou de corrosion filiformes. Cela se produit généralement soit lorsque le film d’oxydation n’est pas homogène et présente des défauts, soit lorsqu’un revêtement de protection a été mal appliqué à la surface.La réaction d’oxydoréduction qui entraîne la corrosion de l’aluminium le fait passer d’un état neutre à un état d’oxydation +3. En fonction des polluants présents dans l’air ou des dépôts à la surface, l’aluminium peut prendre diverses formes d’oxyde.

Caractérisation sensorielle du matériau

L’aluminium peut être reconnu grâce à un examen visuel accompagné par une brève recherche historique ainsi que l’utilisation d’autres sens. Afin de déterminer si les objets prêtés étaient bien en aluminium, une série de critères ont été établie selon ces caractéristiques. L’examen visuel sera réalisé dans un premier temps à l’œil nu afin de déterminer l’aspect général des objets, ainsi que la présence ou non de produits de corrosion. Dans un second temps, chaque objet sera photographié sous différents angles, afin de servir de base documentaire et permettre la localisation des futures analyses. Tous les objets seront ensuite observés sous loupe-binoculaire (modèle : fiberoptic-heim LQ1600) afin de confirmer et de préciser les premières appréciations obtenues à l’œil nu. Finalement, des photographies seront prises sous loupe-binoculaire ou sous microscope électronique (Olympus®; modèle : Opto-digital Miscroscope DSX 100), ce dernier permettant un plus grand grossissement que sous loupe-binoculaire. Par rapport à un microscope optique, le microscope électronique permettra d’obtenir des images nettes sur plusieurs profondeurs de champs et de pouvoir comparer l’aspect à l’intérieur des griffures avec la surface au bord de celles-ci.

Principe physique de la fluorescence à rayons X

L’analyse élémentaire par fluorescence de rayons X fonctionne grâce à la génération d’un faisceau d’excitation primaire à l’aide d’un tube à rayons X . Dans ce tube, un courant à haute tension accélère les électrons émis par une cathode, qui vont ensuite percuter une cible de l’autre côté du tube (anode). Cela génère des rayons X par rayonnement de freinage du métal de composition de l’anode20. Ce faisceau primaire de photons est projeté sur la surface d’un objet à analyser. Les rayons X pénètrent alors la matière et interagissent avec elle. Il en résulte différents types d’interaction : l’effet Photoélectrique ou de fluorescence X ; électrons Auger et les rayons rétrodiffusés. Ces interactions donnent des informations sur la composition matérielle.

Fonctionnement de l’appareil FRX portable

L’analyse FRX se fait à l’aide de l’excitation de la matière par un faisceau de photons X de forte énergie et faible longueur d’onde. L’appareil utilisé au sein de l’UR-Arc CR est un Niton® XL3t. Le rayonnement est créé à l’intérieur du tube avec un filament d’argent, qui correspond à l’anode. Les photons vont ensuite exciter la matière rencontrée et vont provoquer un arrachement des électrons des couches internes des atomes. Ceci va créer, lors de la désexcitation de l’atome, le faisceau secondaire qui contient des photons caractéristiques. Ce faisceau est pluridirectionnel et va être en partie capté par la fenêtre du détecteur qui est un monocristal de silicium. Ce détecteur transforme les impacts reçus en impulsions électriques qui sont dirigées vers un analyseur multicanal afin de les transcrire sous forme de forme de raies sur le spectre d’émission FRX.

Analyse DiscoveryMat des objets sélectionnés : problèmes rencontrés et résultats

Sélection des objets pour l’analyse DiscoveryMat
Lors de différents entretiens avec les responsables du MEN et du MKB, nous avons obtenu leur accord pour effectuer des analyses légèrement invasives sur certains objets. La sélection d’objet s’est effectuée en collaboration avec les institutions afin de savoir sur quels objets nous avions la possibilité d’effectuer l’analyse en un point discret. Le polissage a été réalisé la plupart du temps à proximité du numéro d’inventaire et parfois à la place de celui-ci, qui a été réinscrit après.
Problèmes rencontrés
Lors des analyses, nous avons à plusieurs reprises fait face à un problème au niveau de la prise de mesures.
En effet, les données mesurées avec le voltmètre étaient chaotiques et donnaient des tracés inexploitables .
Afin de déterminer la source du problème, nous avons envisagé plusieurs pistes que nous avons explorées.Il a été soulevé que l’électrode de référence, en vue de ses dix années de service, puisse être défectueuse. Le potentiel de l’électrode de référence a été comparé avec celui de deux autres électrodes dans de l’eau de ville. Les différences étaient de 0.040V avec l’une des trois et les mesures ne se stabilisaient pas pour les trois. Suite à cela, de nouvelles électrodes ont donc été commandées. Nous avons effectué trois tests de 15 minutes sur un coupon de référence, pour les nouvelles électrodes. Les tracés étaient stables et exploitables. On peut en déduire que le problème venait très certainement de l’électrode.

 

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Table des matières

Introduction
1 Critères de sélection
2 Les collections étudiées 
3 Technologie de fabrication 
4 L’aluminium 
4.1 Historique
4.2 Procédé Héroult-Hall
4.3 Caractéristiques de l’aluminium
4.4 Corrosion de l’aluminium
Partie II : Méthodologie 
5 Caractérisation sensorielle du matériau
6 L’outil DiscoveryMat 
6.1 Matériel
6.2 Protocole de mesure
6.3 Limites de l’outil
6.3.1 Caractère invasif
6.3.2 Choix des solutions testées
6.4 Adaptation de l’application aux alliages d’aluminium
7 La fluorescence des rayons X
7.1 Principe physique de la fluorescence à rayons X
7.2 Fonctionnement de l’appareil FRX portable
7.3 Procédé
8 Caractérisation des altérations
Partie III : Résultats des observations et analyses 
9 Identification d’aluminium
10 Analyse DiscoveryMat des objets sélectionnés : problèmes rencontrés et résultats 
10.1 Sélection des objets pour l’analyse DiscoveryMat
10.2 Problèmes rencontrés
10.3 Résultats
10.3.1 Analyse des objets sélectionnés avec DiscoveryMat
10.3.2 Etude du comportement des tracés
11 Analyse élémentaire FRX 
12 Etat des altérations
12.1 Altérations physiques
12.2 Altérations chimiques
Partie IV : Regard critique et perspective 
13 Discussion des résultats 
13.1 Caractérisation des matériaux
13.2 DiscoveryMat
13.3 FRX
13.4 Caractérisation des altérations
13.5 Croiser caractérisation des matériaux et FRX
13.6 DiscoveryMat en comparaison avec FRX
Conclusion

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