Dans le domaine du génie électrique et plus particulièrement dans celui des moteurs électriques, un des principaux challenges à relever pour les années qui viennent est l'augmentation de la puissance et du couple massique. Un moteur synchrone fonctionne sur le principe de l'interaction de deux champs magnétiques. Un inducteur alimenté en courant continu crée un champ magnétique variable dans l'espace. L'induit produit quant à lui un champ tournant par l'intermédiaire d'un bobinage, principalement, triphasé. Le couple électromagnétique généré est fonction du produit du champ tangentiel (Ht) par le champ radial (Bn). On a alors la possibilité d'augmenter le couple d'une machine, soit en agissant sur Ht (produit par l'induit) ou en agissant sur Bn (produit par l'inducteur). L'inducteur est composé de deux solénoïdes supraconducteurs alimentés par des courants opposés qui créent une induction magnétique importante. La présence de plaques supraconductrices qui, par leur propriété d'écrantage du champ magnétique, module et canalise ces lignes de champ. C'est cette variation spatiale de l'induction qui permet de générer un couple mécanique. La structure de cet inducteur supraconducteur est susceptible En effet, Dans un moteur conventionnel, l'amplitude de l'induction dans l'entrefer est autour de 2 Teslas (de -1 Tesla à +1 Tesla). Les matériaux supraconducteurs permettent d'atteindre des niveaux d'induction magnétique que nous ne pourrions envisager avec les matériaux classiques. Cette structure offre la possibilité d'accroître cette valeur et par conséquent, de présenter un saut technologique en augmentant le couple dans les mêmes proportions. Le domaine d'application relève des moteurs embarqués d'une puissance comprise entre plusieurs MW et plusieurs dizaine de MW. Cependant, un des verrous technologiques restant est la possibilité de réaliser des écrans supraconducteurs de grande taille pour un inducteur de moteur de forte puissance (par exemple quelques dizaines de MW) / In the electrical engineering, especially in electric motors, one of the main challenges in the coming years is the increased of mass power and mass torque. A synchronous motor operates by the interaction of two magnetic fields. An inductor supplied with direct current creates a variable magnetic field in space. The armature produces a rotating field by a three-phase winding. The electromagnetic torque generated depends from the product of tangential field (Ht) by the radial field (Bn). The torque can be increased by acting on Ht (produced by the armature) or by acting on Bn (produced by the inductor). The inductor consists of two superconducting solenoids fed by opposed currents which create a huge magnetic induction. By using superconducting bulks which present magnetic screening property, we modulate this field. So, this spatial variation of induction generates a mechanical torque. Indeed, in a conventional engine, the amplitude of induction in the gap is around 2 Tesla (Tesla from -1 to 1 Tesla). Superconducting materials can exceed these levels of magnetic induction. This structure offers the possibility to increase this value and therefore to increase the torque in the same proportions and to present a technological leap. The application area is embedded engines for power between several MW and more. However, a technological limit is the possibility of making large superconducting screens for an inductor of large motors (eg a few tens of MW)

La dynamique du milieu interstellaire (MIS) est au cœur de notre compréhension de la formation des étoiles. La structuration du MIS est régiée par l’interaction entre gravité, mouvements turbulents et champs magnétiques. Si les deux premiers acteurs sont bien caractérisés par les observations, le r ˆ ole du champ magnétique Galactique (CMG), ainsi que son interaction avec la matière interstellaire, sont encore peu connus. La cartographie complète du ciel dans le domaine submillimétrique réalisée par le satellite Planck nous permet d’étudier la structure du CMG, projetée sur le plan du ciel, à partir de la polarisationde l’émission de la poussière interstellaire. Dans cette thèse, nous présentons une analyse des cartes en polarisation à 353 GHz, observées par l’instrument à hautes fréquences HFI de Planck. Nous étudions la structure du CMG et son interaction avec la turbulence interstellaire, de l’ensemble du voisinage Solaire aux échelles de la structure en filaments de la matière, dans le milieu diffus et les nuages moléculaires. La première étude statistique de la corrélation entre la géométrie du CMG et la structure de matière interstellaire est réaliséeen utilisant une méthode originale pour identifier les structures et mesurer leur orientation sur l’ensemble du ciel, puis quantifier les effets de projections. Les résultats sont interprétés en référence aux hypothèses théoriques et aux résultats obtenus à partir de simulationsnumériques magnétohydrodynamiques. Nous concluons que la turbulence tend à former des structures parallèles au champ magnétique dans le milieu diffus, et la gravité des structures perpendiculaires au champ dans les nuages moléculaires. Enfin, nous présentons et discutons deux perspectives liées à notre travail: la modélisation du ciel en polarisation aux hautes latitudes Galactiques comme avant-plan du fond cosmologique, et la relation entre cinématique du gaz et champ magnétique dans les structures en filaments du MIS. / The study of the dynamics of the interstellar medium (ISM) is essential to understand star formation. The ISM is a turbulent and magnetized medium governed by the interplay of self-gravity, turbulent motions and magnetic fields. While the former two are well characterized byexisting models and observations, today, the role of the Galactic magnetic field (GMF), and its interaction with interstellar matter, represent the most difficult aspects to probe. Thanks to its high sensitivity and resolution, full-sky coverage, and imaging at sub-mm wavelengths,the Planck satellite represents an enormous step forward in the characterization of the statistical properties of the GMF, as traced by dust polarization. In this thesis we present an analysis of the 353 GHz Stokes parameters maps (I, Q, U) observed with the High Frequency Instrument (HFI) of Planck. we aim at studying the structure of the GMF, and its interplay with interstellar turbulence, from the largest scales in the Solar neighborhood to those of the filamentary structures in the diffuse ISM and molecular clouds. We also develop a dedicated methodology to produce the first statistical study on the correlation betweenthe geometry of the GMF, projected on the plane of the sky, and the structure of interstellar matter. We interpret the results of the data analysis in light of theoretical models and Magneto-Hydrodynamic (MHD) numerical simulations, and conclude that my findings supporta scenario of formation of structures in the ISM where turbulence organizes matter parallel to the magnetic field in the diffuse medium, and the gas self-gravity produces perpendicular structures in the densest and magnetically dominated regions. We propose and discuss several perspectives of research related to our results, from the modeling of the high-latitude sky in polarization, for the investigation of dust properties and cosmological foregrounds, to the comparison of magnetic fields with the kinematics of the filamentary structures in the SM.

Les futurs instruments dédiés à la recherche d'exoplanètes par vélocimétrie sont nombreux, et toujours plus performants. Cependant cette méthode de détection est indirecte : c'est l'étude de la lumière émise par l'étoile qui donne des renseignements sur les planètes en orbite autour de l'étoile. Dès lors, nous devenons sensibles à l'ensemble des phénomènes affectant le spectre stellaire et produisant un signal en vitesse radiale. L'amplitude de ce signal est intimement liée au niveau d'activité de l'étoile. C'est alors de ce dernier que dépend le seuil de détection planétaire. Ainsi si le nombre et la diversité des mondes extra-solaires découverts ne cessent de croître, les planètes rocheuses semblables à la Terre autour d'étoiles de la séquence principale, ou les planètes en cours de formation dans un système jeune, restent, elles, difficilement accessibles. En effet, ces deux catégories de planètes produisent un signal de vitesse radiale de quelques m/s et quelques centaines de m/s, respectivement, soit souvent inférieurs aux signaux d'activité produits par les étoiles. Des efforts sont actuellement faits pour s'affranchir de cette limitation et modéliser ces signaux stellaires. L'idée principale développée au cours de la thèse part d'un constat simple : une part importante de phénomènes d'activité stellaire a une origine magnétique. Il s'agit donc d'étudier comment tirer profit de l'étude du champ magnétique stellaire et des processus d'imagerie développés pour cartographier la surface des étoiles, tels que l'imagerie Zeeman-Doppler. Cette étude s'est faite à partir d'observations spectropolarimétriques d'un échantillon d'étoiles de type M faiblement actives, et d'étoiles jeunes et actives de type T Tauri. Avec l'imagerie, en adaptant au mieux la description de l'activité à la surface de l'étoile au type d'étoile ciblé, nous pouvons accéder à la distribution des zones actives à la surface de l'étoile, et ainsi modéliser les signaux induits par l'étoile elle-même. Les courbes de vitesse radiale peuvent alors être nettoyées de ce signal parasite. Les premiers tests se sont révélés concluants : ce filtrage des données de vitesse radiale est possible jusqu'à un niveau proche de celui du bruit des données, et ce d'autant plus aisément que le niveau d'activité est important. / Forthcoming instruments dedicated to exoplanets detection through the radial velocity method are numerous, and increasingly more accurate. However this method is indirect: orbiting planets are detected and characterised from variations on the spectrum of the host star. We are therefore sensitive to all activity phenomena impacting the spectrum and producing a radial velocity signal (pulsation, granulation, spots, magnetic cycle...). The detection of rocky Earth-like planets around main-sequence stars, and of hot Jupiters into young systems, are currently limited by the intrinsic magnetic activity of the host stars. The radial velocity fluctuations caused by activity (activity jitter) can easily mimic and hide signals from such planets, whose amplitude is of a few m/s and hundreds of m/s, respectively. As a result, the detection threshold of exoplanets is largely set by the stellar activity level. Currently, efforts are invested to overcome this intrinsic limitation. During my PhD, I studied how to take advantage of imaging tomographic techniques (Zeeman-Doppler imaging, ZDI) to characterize stellar activity and magnetic field topologies, ultimately allowing us to filter out the activity jitter. My work is based on spectropolarimetric observations of a sample of weakly-active M-dwarfs, and young active T Tauri stars. Using a modified version of ZDI, we are able to reconstruct the distribution of active regions, and then model the induced stellar signal allowing us to clean RV curves from the activity jitter. First tests demonstrate that this technique can be efficient enough to recover the planet signal, especially for the more active ones.

Des mesures de transport électronique dans des nanotubes de carbone multiparois individuels sous champ magnétique pulsé (60T) sont présentées dans cette thèse. L'objectif est d'observer les modifications de la dispersion électronique par le champ magnétique. Des nanotubes de très bonne qualité cristalline sont connectés sur des distances courtes entre contacts, permettant d'atteindre des régimes de transport quasi-balistiques ou faiblement diffusifs, la paroi externe contribuant principalement. La configuration transistor permet de moduler l'énergie des porteurs (niveau de Fermi) sur plusieurs sous-bandes via un potentiel électrostatique (dit de grille). Afin de préciser la contribution des parois plus internes, une étude en spectroscopie Raman est présentée dans un premier temps. Nous constatons que l'intensité du transfert de charges entre parois successives varie fortement d'un feuillet à l'autre. L'étude sous champ magnétiques de nanotubes de parois externes semiconductrices et métalliques est ensuite présentée. Lorsque le champ magnétique est appliqué perpendiculairement à l'axe du nanotube, la formation de niveaux de Landau propagatifs est mise en évidence. Celle-ci se traduit par des modulations des conditions de résonance dans un régime de type Fabry-Pérot électronique, par la fermeture du gap électronique d'une paroi semiconductrice ainsi que la réintroduction de la rétrodiffusion dans une paroi métallique. Ce dernier effet s'accompagne d'un ancrage du niveau de Fermi vers celui de Landau se formant à énergie nulle à très fort champ. L'ensemble de ces résultats est en accord avec des modèles théoriques prenant en compte un désordre homogène. Enfin, l'effet Aharonov-Bohm sur plusieurs périodes et plusieurs sous-bandes est observé sous un champ parallèle à l'axe du nanotube. La métallicité de la paroi externe et la correspondance entre la tension de grille et l'énergie des porteurs sont obtenues en comparant les oscillations de conductance expérimentales à un modèle obtenu pour un cas parfait. Afin de décrire en détail la signature magnétique, les diminutions des transmissions aux contacts et la contribution de défauts sont qualitativement étudiées.

Ce travail de thèse concerne l'auto-structuration de particules magnétiques dans une matrice cristal liquide nématique (CLN). Par l'élaboration de matériaux nouveaux combinant propriétés magnétiques et structurations des particules, cette étude s'inscrit dans le domaine, en plein essor, de la recherche de matériaux adaptatifs. P. Poulin, le premier, a mis en évidence de nouvelles interactions colloïdales induites par l'élasticité d'un fluide nématique suspendant. L'obtention d'une structuration contrôlée des particules microniques via la matrice nématique passe par un contrôle précis de l'ancrage des molécules de CLN sur la surface des particules de fer. Ainsi, après une caractérisation approfondie de l'état de surface du fer, de nombreux traitements capable d'engendrer un ancrage homéotrope des nématogènes en contact avec la surface ont été réalisés sur des plaques servant de système modèle. Deux approches ont été explorées, l'une consiste en une modification de l'état de surface du fer, l'autre, beaucoup plus prometteuse, consiste en une modification de la surface par dépôt de molécules amphiphiles. Ces traitements transposées aux particules de fer avec succès, ont permis d'obtenir l'ancrage homéotrope fort indispensable à l'obtention des défauts topologiques induisant l'auto-alignement des particules. La réponse magnétique des particules de fer soumises à un champ, observée en microscopie optique, a permis de calculer précisément, grâce à un logiciel de calcul de force magnétique par éléments finis, les contributions attractives et répulsives de la force induite par les distorsions du CLN entre les particules et ainsi, de construire le profil complet de cette force.

La découverte des nanotubes de carbone, il y a maintenant une vingtaine d'années, a été un des moteurs de la recherche des nanotechnologies. Ces particules illustrent l'amalgame entre le monde macroscopique et le monde appelé nano. Cette discipline a également relancée la recherche sur le graphite et le carbone en général, qui atteint un nouveau sommet avec la découverte du graphène, une monocouche de graphite. Rapidement la physique des nanotubes et du graphène ont suscité l'intérêt d'être étudié sous champ magnétique avec la découverte de l'effet Aharonov-Bohm dans les nanotubes ou l'effet hall quantique dans le graphène. Cette thèse a pour but d'approfondir la connaissance des propriétés optiques des nanotubes, du graphène et du graphite sous champ magnétique intense. Pour cela nous nous interesserons dans un premier temps à la problématique des excitons sombres. Nous étudierons ensuite les propriétés magnétiques et dynamiques des tubes. La famille métallique est paramagnétique le long de son axe et diamagnétique perpendiculaire à celui-ci. La famille semiconductrice est diamagnétique par rapport à ces deux orientations mais la valeur perpendiculaire est plus élevée. De ce fait tous les nanotubes vont s'aligner parallèlement à un champ magnétique appliqué. Nous utiliserons des méthodes de spectroscopie optique pour étudier ce phénomène. La deuxième partie de la thèse consistera à examiner les propriétés optiques du graphène et du graphite et plus précisément les transitions entre niveaux de Landau sous champs intenses. La particularité du graphène est que ses porteurs de charge se comportent comme des particules relativistes avec une masse nulle. Les niveaux de Landau se trouvent modifiés avec une dépendance en racine du champ magnétique, par rapport aux systèmes deux dimensionels classiques, où l'on retrouve une dépendance linéaire comme pour l'électron libre par exemple. Ceci nous entrainera également à reéxaminer les propriétés du graphite et d'approfondir les connaissances, notamment à champ très élevé, sur ce matériau à priori bien connu et étudié dans le passé.

L'objectif de ce travail est l'étude du comportement du champ géomagnétique, en direction et en intensité, aux cours de périodes stables et de transition (excursions et inversions). Dans ce but, plusieurs études paléomagnétiques et de nombreuses déterminations de paléointensité par la méthode de Thellier ont été effectuées sur des coulés provenant de différentes provinces volcaniques. Des paléointensités comprises entre 21 et 54 Il T ont été obtenues sur des coulées de l'île de la Réunion, pour les périodes 5-11 Ka (mille ans) et 82-98 Ka. Ces données ainsi que la variation séculaire observée sur les directions, concordent avec des intensités du champ dipolaire et nondipolaire comparables avec les valeurs actuelles. Au contraire, de nouvelles données de paléointensité obtenues sur des laves volcaniques de directions intermédiaires, d'Islande et de la Chaîne des Puys, datées entre 40 et 50 Ka., confirment la baisse importante du champ durant l'excursion du Laschamp. Une étude des inversions les plus récentes a été effectuée sur une séquence datée de 123 coulées de l'île de Tahiti (Polynésie française). Des enregistrements détaillés du champ de transition ont été obtenus pour le Jaramillo supérieur et le Cobb Mountain, alors que les transitions du Jaramillo inférieur et du Matuyama-Brunhes n'ont été enregistrées que par quelques coulées. Le Cobb Mountain apparait, dans cet enregistrement, comme une excursion inverse-transitionel-inverse. Les données acquises à Tahiti, combinées à d'autres déjà obtenues en Polynésie suggèrent une domination des termes zonaux au début des renversements. L'intensité du champ de transition, à cette latitude, parait très faible, comme l'indiquent les paléointensités obtenues (3 à 8 Il T). Cette observation combinée à une analyse de l'intensité d'aimantation des coulées, pourrait indiquer une variation de l'intensité moyenne du champ de transition avec la latitude.

L'application de contraintes mécaniques sur un matériau ferromagnétique fait varier ses caractéristiques magnétiques. Cet effet porte le nom de magnétoélasticité. Notre étude porte sur la modélisation des effets magnétoélastiques que subit un cylindre en acier, lorsqu'il est soumis à une pression interne croissante, dans un champ magnétique ambiant faible, de l'ordre de magnitude du champ magnétique terrestre. L'utilisation du modèle de Jiles-Atherton, par son approche globale, est particulièrement adaptée à la modélisation de la loi d'évolution de l'aimantation interne dans le cylindre avec la contrainte mécanique. Ce modèle est donné sous la forme d'une équation différentielle, classiquement résolue par des algorithmes numériques. Dans le cas des coques ferromagnétiques minces, cette équation permet également la description de l'évolution de l'induction magnétique externe avec la contrainte mécanique. Dans un premier temps, nous exhibons une solution analytique exacte à l'équation de Jiles-Atherton, exprimée en termes d'induction externe. Cette solution permet la prédiction de la variation de l'induction magnétique avec la pression. Dans un second temps, l'utilisation d'un algorithme de résolution de problème inverse permet, à partir des mesures d'induction réalisées sur des capteurs magnétiques externes, de calculer la distribution d'aimantation M au sein du cylindre lorsque la pression interne appliquée varie. Une loi analytique vectorielle d'évolution de l'aimantation dans le cylindre avec la pression est alors proposée. Les prédictions issues de ces lois sont comparées aux mesures effectuées sur notre prototype.

Le champ magnétique terrestre a des sources externes et internes à la Terre. Sur des échelles de temps décennales, ce champ présente des variations brusques: les "secousses géomagnétiques". Une des causes possibles aurait sa source dans le noyau de la Terre: les ondes de torsion. Après une introduction de ces ondes (ondes d'Alfvèn, équation d'onde), la propagation de ces ondes est étudiée dans un noyau avec ou sans graine. Enfin un mécanisme d'excitation d'origine externe à la Terre de ces ondes dans le noyau est étudié via les systèmes de courant de l'ionosphère et de la magnétosphère.

Le but de cette étude est de développer et optimiser une source originale de champ magnétique intense à base d'aimants permanents. L'aspect novateur de ce projet est l'utilisation des matériaux magnétiques aux terres rares, à très forte anisotropie, pour générer des champs de l'ordre de 4 à 5 Tesla. Des champs de cet ordre de grandeur sont requis dans certaines applications et expériences scientifiques. De tels champs intenses peuvent théoriquement être atteints avec des configurations d'aimantations non colinéaires. Ce concept a permis depuis dix ans environ de développer des sources de champs très homogènes, inférieurs à 2 Tesla. Notre objectif est différent: il s'agit de générer le champ le plus intense possible dans un volume de quelques mm3 sans souci d'homogénéité. Les configurations particulières d'aimants ainsi que la discrétisation de la structure sont optimisées par modélisation et simulation numériques à partir des caractéristiques magnétiques des divers matériaux disponibles commercialement. FLUX 2D et FLUX3D Logiciel de simulation numérique éléments finis. FORCE 3D Logiciel de simulation analytiques des systèmes à aimants. Ces logiciels ont été développés au LEG. La conception de la structure tient compte des applications envisagées (champ statique variable, accès au champ). Le modèle actuel fournit un champ supérieur à 4,5 T dans un volume de quelques mm3, pour un encombrement extérieur d'environ 0150 mm. Il combine astucieusement plusieurs types nuances d'aimant à base de terres rares Néodyme-Fer-Bore pour sa haute rémanence, ainsi que pour sa forte anisotropie, ainsi qu'une utilisation de pièces polaires en Fer-Cobalt. C'est la coercivité des aimants qui limite le champ maximum productible par ces stuctures.