À la suite de la découverte du Duralumin (alliage Al-Cu-Mg à faible taux de magnésium) par l’Allemand Alfred Wilm en 1906, l’emploi des alliages d’aluminium, et plus particulièrement du Duralumin dans les structures d’avions s’est généralisé durant la période des années 1930 à 1945. Cette période a vu le développement de l’aéronautique à travers celui des alliages d’aluminium aux compositions différentes et aux propriétés toujours plus améliorées tels que le Super Duralumin (alliage Al-Cu-Mg avec un taux de magnésium supérieur à celui du Duralumin) ou encore l’Extra Super Duralumin (Al-Zn-Mg). Ces alliages sont apparus et se sont imposés à des périodes et des vitesses différentes dans les nations impliquées directement dans la seconde guerre mondiale. De plus, les nations ont adopté des stratégies différentes pouvant mener à des nuances variées au sein d’une même famille d’alliage. Des dérivés de certains de ces alliages sont encore utilisés de nos jours, les alliages de la série 2xxx (2017, 2024) et de la série 7xxx (7075). Si les alliages actuels sont bien connus et documentés, les tout premiers Duralumin le sont beaucoup moins.
Des recherches archéologiques, principalement dans la région toulousaine, ont permis de retrouver et d’identifier de nombreuses pièces d’une quinzaine d’avions ayant opérés durant cette période : des chasseurs ou des bombardiers, issus de quatre nations, la France, l’Allemagne, l’Angleterre et les Etats-Unis. Il s’agit d’avions emblématiques comme le Dewoitine D.520 (Fr), le Mustang P-51 (USA), le Messerschmitt Bf 109 (All.) entre autres. Ces pièces constituent le corpus d’étude. La caractérisation de ces anciens alliages passe par l’étude de la microstructure et de la composition élémentaire à différentes échelles (du millimètre au nanomètre) avec des techniques instrumentales poussées telles que la microscopie électronique (en balayage et en transmission, et leur spectroscopies associées) ou encore la diffraction des rayons X pour l’identification des précipités responsables du durcissement de ces alliages. Les propriétés mécaniques statiques sont également extraites. Ainsi, l’influence de la composition élémentaire et l’état métallurgique sur les propriétés mécaniques de ces alliages est interprétée. Ces analyses sont faites en parallèle d’une étude du contexte dans lequel ces alliages ont été développés : des recherches en archives ont été menées, principalement auprès de centres des ressources/archives américains (Smithsonian Institution, National Archives), français (archives départementales de la Haute-Garonne, l’Institut de l’Histoire de l’Aluminium), anglaises (National Physical Laboratory) et des archives allemandes (Musée de Berlin-Brandebourg). Le recoupement d’informations extraites des archives et celles extraites du matériau via les analyses physico-chimiques permet de comprendre les évolutions qui ont eu lieu dans le domaine: par exemple, en quoi le contexte international de l’époque a pu jouer un rôle sur la mise au point de nouveaux alliages dans la recherche et le développement de chaque nation, ou encore comment les alliages plus performants (Super Duralumin) ont-ils été développés, et ce durant une période où les techniques instrumentales ne permettaient pas la compréhension du durcissement structural. Plus généralement ces travaux de recherche permettent d’élargir les connaissances sur la microstructure, les propriétés des premiers alliages d’aluminium et de retranscrire l’histoire de l’évolution de ces premiers alliages en lien avec l’histoire de l’aéronautique.
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Following the discovery of Duralumin (an Al-Cu-Mg alloy with a low magnesium content) by the German Alfred Wilm in 1906, the use of aluminum alloys, and more particularly Duralumin in aircraft structures became widespread during the period from 1930 to 1945. This period saw the development of aeronautics through the development of aluminium alloys with different compositions and increasingly improved properties such as Super Duralumin (Al-Cu-Mg alloy with a magnesium content higher than that of Duralumin) or Extra Super Duralumin (Al-Zn-Mg). These alloys appeared and established at different times and speed in the nations directly involved in the Second World War. In addition, nations adopted different strategies that lead to different grades within the same alloy family. Derivatives of some of these alloys are still in use today, the 2xxx series (2017, 2024) and 7xxx series (7075) alloys. While the current alloys are well known and documented, the very first Duralumin alloys are not.
Archaeological research, mainly in the Toulouse region, has rendered possible to find and identify many pieces from more than fifteen aircraft that operated during this period: fighters or bombers, from four nations, France, Germany, England and the United States. These aircraft are emblematic such as the Dewoitine D.520 (Fr), the Mustang P-51 (USA), the Messerschmitt Bf 109 (DE) and the Avro Lancaster (UK) among others. These parts constitute the corpus of study. The characterization of these ancient alloys requires the study of the microstructure and the elemental composition at different scales (from millimeters to nanometers) with advanced instrumental techniques such as electron microscopy (scanning and transmission microscopy and their associated spectroscopies) or X-ray diffraction for the identification of precipitates responsible for the hardening of these alloys. Static mechanical properties are also extracted. Thus, the influence of the elemental composition and the metallurgical state on the mechanical properties of these alloys is interpreted. These analyses are made in parallel with a study of the context in which these alloys were developed: archival research have been carried out, mainly in American (Smithsonian Institution, National Archives), French (Departmental Archives of Haute-Garonne, the Institute of the History of Aluminium), English (National Physical Laboratory) and German archives (Berlin-Brandenburg Museum). The cross-checking of information extracted from archives and that extracted from the material through physico-chemical analyses allows us to understand the developments that took place in the field: for example, how the international context of the time played a role in the development of new alloys in the research and development of each nation, or how more efficient alloys (Super Duralumin) were developed, and this during a period when instrumental techniques did not allow the understanding of structural hardening. More generally, this research work allows us to broaden our knowledge of the microstructure and properties of the first aluminium alloys and to retranscribe the history of the evolution of these first alloys in relation to the history of aeronautics. |