Soutenance de thèse de Gauthier GREJOIS

doctorant au Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302

Génie des procédés et de l'environnement

sur "Recyclage Écoresponsable des Copeaux de Ti6Al4V issus de l’Aéronautique (RECoTiA)"

vendredi 27 novembre à 14h00

Amphi 2 - IMT Mines Albi

Sous réserve de l'autorisation de soutenir par le chef d'établissement

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Composition du jury

    •   Mme Fabienne ESPITALIER : Professeure Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Directrice de thèse
    •   M. Michel MOUSSEIGNE : Professeure des universités Université de Toulouse (Paul Sabatier) - Co-directeur de thèse
    •   M. Patrick LACROIX-DESMAZES : Directeur de recherche CNRS Occitanie Est - Examinateur
•   M. Vincent ORIEZ : Maître-assistant Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Examinateur
    •   M. Olivier BOUTIN : Professeur des universités Université de Aix-Marseille - Rapporteur
    •   M. Philippe DARNIS : Professeur Université de bordeaux - Rapporteur

Résumé

L'alliage Ti-6Al-4V est un matériau clé de l'aéronautique du fait de son utilisation pour la fabrication de pièces de structure critiques comme les trains d’atterrissage. L'usinage des pièces aéronautiques conduit à la création de déchets sous forme de copeaux d’alliage représentant 80 à 90 % en masse du bloc initial. Ces copeaux, contaminés par les huiles de coupe, ne peuvent être refondus directement en alliage de qualité aéronautique. Ils sont aujourd'hui majoritairement exportés hors d'Europe ou dévalorisés en ferrotitane, après un nettoyage reposant sur des solvants chlorés (trichloroéthylène, perchloroéthylène) aux impacts environnementaux et sanitaires importants. Cette thèse, menée dans le cadre du projet RECoTiA (Recyclage Écoresponsable des Copeaux de Ti-6Al-4V issus de l'Aéronautique), propose deux voies de décontamination alternatives utilisant des fluides supercritiques : le dioxyde de carbone supercritique (304 K et 7,4 MPa) et l'eau supercritique (647K et 33 MPa). La contrainte majeure est de ne pas dégrader l'alliage. Par exemple, sa teneur en oxygène doit être inférieure à 2 000 ppm qui dégrade irréversiblement ses propriétés mécaniques. Une première partie des travaux s’est consacré à caractériser la matière de départ : microstructure des copeaux formés par l'usinage, leurs teneurs en oxygène et informations sur les huiles de coupe fréquemment utilisées. Une méthode de référence par extraction Soxhlet à l'éthanol a été mise au point pour mesurer la contamination des copeaux en huile. Cette contamination est comprise entre 0,01 et 0,02 g d'huile par g de copeaux sec (± 0,004 g huile/g copeaux secs). Au préalable de la décontamination à l’aide de CO2 supercritique, des mesures de « solubilité apparente » de différentes huiles et de leurs constituants majoritaires dans du CO2 supercitique ont été effectués en cellule haute pression. Pour une huile apolaire, les mesures de solubilité ont montré qu'une faible température (313 K) et une pression élevée (20 MPa) favorisent leur transfert dans la phase CO2. Les huiles de coupe Vasco 6000 et Hocut 4260 présentent des fractions massiques maximales dans le CO2 de 0,004 à 0,020 respectivement, tandis que la teneur de l’huile Syntilo 9913 dans la phase CO2 reste trop faible pour être quantifiée par notre dispositif. Des essais sur un pilote semi-industriel (autoclave de 2,6 L, nom fournisseur) ont été menés à 313 K et 20 MPa avec un débit 100 g CO2/min et environ 100 g de copeaux contaminés par de l’huile Syntilo 9913. Des analyses FTIR sur les copeaux après traitement semble montrer qu’un nettoyage total des copeaux dès 30 min de traitement (disparition des bandes CH2/CH3). Le procédé hydrothermal a été étudié en mini-autoclaves batch sur les mêmes copeaux que précédemment (5 mL). La dégradation de l'huile Syntilo 9913, caractérisée par la mesure du carbone organique total de la phase aqueuse avant et après traitement, passe de 30 à 86 % entre 673 et 873 K en 30 minutes, et atteint 99 % à 873 K en 240 minutes, sans ajout d'oxydant ; un ratio O2/C a permis de relier ces performances à l'oxygène disponible dans l'autoclave. Des analyses FTIR sur les copeaux après traitement indique aussi un nettoyage complet. Les analyses SEM-EDX de l'alliage révèlent la formation d’une couche de TiO2 d'épaisseur comprise entre 1,8 et 3,4 μm après 240 minutes à 873 K, absente après 30 minutes à 673 K. Les deux voies, bien que différentes, montrent qu'un nettoyage de copeaux Ti-6Al-4V contaminés est possible. En revanche à une température de 873 K, une couche de TiO2 est formée dans le cas du procédé eau supercritique. Les perspectives de ce travail incluent l'optimisation des procédés et des techniques pour la caractérisation des copeaux après nettoyage. Une analyse de cycle de vie des procédés proposés serait à réaliser afin de la comparer comparative aux procédés existant de nettoyage des copeaux.