Cette thèse s'est déroulée sous la direction de Guilhem MARTIN (SIMaP) et a été co-encadrée par Arthur DESPRES (SIMaP) et Bechir CHEHAB (Constellium C-TEC).
Les alliages d'aluminium traditionnels durcis par précipitation (séries 2xxx, 6xxx et 7xxx) présentent une faible stabilité thermique et une chute de leurs propriétés mécaniques au-delà de 200°C. Ils s’avèrent en outre très délicats à mettre en œuvre par fusion laser sur lit de poudres (LB-PBF pour « laser beam powder bed fusion ») du fait de leur forte sensibilité à la fissuration à chaud. Dans ce contexte, Constellium C-TEC développe de nouvelles compositions d'alliages d'aluminium spécialement conçues pour des applications à haute température en tirant profit des conditions de solidification hors équilibre offertes par la fabrication additive. Les propriétés mécaniques à haute température d’un alliage de première génération pour application « hautes températures », l’alliage HT1 (Al-4Mn-3Ni-2Cu-1Zr en mass.%) ont été évaluées pour différentes conditions de vieillissement. Au-delà de 150°C, la chute de limite d’élasticité est plus importante pour la microstructure associée au pic de dureté grâce à la nanoprécipitation d’une phase thermiquement stable et riche en Zr que pour la microstructure obtenue après un simple traitement thermique de relaxation des contraintes (absence de nanoprécipitation de la phase riche en Zr). La microstructure optimale pour de hautes performances mécaniques est donc différente à température ambiante et haute température. Les mécanismes métallurgiques à l’origine de ce comportement inattendu ont été étudiés. La solution solide fortement sursaturée en Mn et la morphologie du réseau intermétallique ont été identifiés comme les deux caractéristiques microstructurales les plus influentes alors que les nanoprécipités riches en Zr semblent avoir un effet mineur. De plus, une chute de la ductilité a été mise en évidence à faible vitesse de déformation au-delà de 200°C. Cette dernière est intimement liée aux hétérogénéités microstructurales, en particulier à la présence d'une fraction volumique élevée de grains équiaxes submicroniques en bas des bains de fusion.
À la lumière des conclusions de l'étude sur l'alliage HT1, une nouvelle génération d'alliages d'aluminium a été introduite sur la base du système Al-Fe-Cr-Mn-Zr, dans le but de surmonter les problèmes identifiés pour l’alliage HT1. Un nouvel alliage prototype appartenant à cette famille, l’alliage HT2 (Al-2Fe-2Cr-1Mn-0.7Zr en mas.%) a été étudié. L'influence d’un vieillissement à 400°C sur ses propriétés mécaniques à température ambiante et haute température ont été évaluées et confrontées aux évolutions microstructurales survenant lors du vieillissement à 400°C. Une comparaison systématique avec l'alliage HT1 est présentée afin de mettre en évidence et expliquer les principales améliorations et les défis restants de cette nouvelle génération d'alliages d'aluminium dédiés aux applications à haute température.