Cette thèse a pour objet l'étude du transport électronique dans les nanotubes de carbone grâce à l'utilisation combinée d'un fort champ magnétique (60T) et d'un contrôle électrostatique du dopage électronique. Il s'agit alors de montrer les rôles clés joués par la structure de bande en énergie et par le désordre. Plusieurs types de tubes métalliques de qualité structurale variable ont été étudiés. Selon le rapport entre le libre parcours moyen élastique (le) et la circonférence du nanotube (L), différents régimes apparaissent. Lorsque le

Les applications reliées à la génération d'énergie motivent la recherche de matériaux ayant un fort pouvoir thermoélectrique (S). De plus, S nous renseigne sur certaines propriétés fondamentales des matériaux, comme, par exemple, la transition entre l'état cohérent et incohérent des quasi-particules lorsque la température augmente. Empiriquement, la présence de fortes interactions électron-électron peut mener à un pouvoir thermoélectrique géant. Nous avons donc étudié le modèle le plus simple qui tient compte de ces fortes interactions, le modèle de Hubbard. La théorie du champ moyen dynamique (DMFT) est tout indiquée dans ce cas. Nous nous sommes concentrés sur un système tridimensionnel (3d) cubique à face centrée (fcc), et ce, pour plusieurs raisons. A) Ce type de cristal est très commun dans la nature. B) La DMFT donne de très bons résultats en 3d et donc ce choix sert aussi de preuve de principe de la méthode. C) Finalement, à cause de la frustration électronique intrinsèque au fcc, celui-ci ne présente pas de symétrie particule-trou, ce qui est très favorable à l'apparition d'une grande valeur de S. Ce travail démontre que lorsque le matériau est un isolant à demi-remplissage à cause des fortes interactions (isolant de Mott), il est possible d'obtenir de grands pouvoirs thermoélectriques en le dopant légèrement. C'est un résultat pratique important. Du point de vue méthodologique, nous avons montré comment la limite de fréquence infinie de S et l'approche dite de Kelvin, qui considère la limite de fréquence nulle avant la limite thermodynamique pour S, donnent des estimations fiables de la vraie limite continue (DC) dans les domaines de température appropriée. Ces deux approches facilitent grandement les calculs en court-circuitant la nécessité de recourir à de problématiques prolongements analytiques. Nous avons trouvé que la méthode de calcul à fréquence infinie fonctionne bien lorsque les échelles d'énergie sont relativement faibles. En d'autres termes, cette approche donne une bonne représentation de S lorsque le système devient cohérent. Les calculs montrent aussi que la formule Kelvin est précise lorsque la fonction spectrale des électrons devient incohérente, soit à plus haute température. Dans la limite Kelvin, S est essentiellement l'entropie par particule, tel que proposé il y a longtemps. Nos résultats démontrent ainsi que la vision purement entropique de S est la bonne dans le régime incohérent, alors que dans le régime cohérent, l'approche à fréquence infinie est meilleure. Nous avons utilisé une méthode à la fine pointe, soit le Monte-Carlo quantique en temps continu pour résoudre la DMFT. Pour permettre une exploration rapide du diagramme de phase, nous avons dû développer une nouvelle version de la méthode des perturbations itérées pour qu'elle soit applicable aussi à forte interaction au-delà de la valeur critique de la transition de Mott. Un autre sujet a aussi été abordé. L'effet orbital du champ magnétique dans les systèmes électroniques fortement corrélés est une question très importante et peu développée. Cela est d'autant plus essentiel depuis la découverte des oscillations quantiques dans les supraconducteurs à haute temperature (haut-T[indice inférieur c]). Par désir de développer une méthode la moins biaisée possible, nous avons dérivé la DMFT lorsqu'un champ se couplant à l'opérateur énergie cinétique par la substitution de Peierls est présent. Ce type d'approche est nécessaire pour comprendre entre autres l'effet de la physique de Mott sur des phénomènes tels que les oscillations quantiques. Nous avons obtenu un résultat très important en démontrant rigoureusement que la relation d'auto-cohérence de la DMFT et le système intermédiaire d'impureté quantique restent les mêmes. L'effet du champ peut être contenu dans la fonction de Green locale, ce qui constitue la grande différence avec le cas habituel. Ceci permet de continuer à utiliser les solutionneurs d'impuretés standards, qui sont de plus en plus puissants. Nous avons aussi développé la méthode pour le cas d'un empilement de plans bidimensionnels selon z, ce qui permet d'étudier l'effet orbital du champ dans des nanostructures et même dans les matériaux massifs, si le nombre de plans est suffisant pour obtenir la limite tridimensionnelle.

La découverte expérimentale du graphène (monocouche de graphite) en 2004 a provoqué un grand engouement dans la communauté scientifique. Cela a également renouvelé l'intérêt pour l'étude du graphite. Les propriétés de ces deux matériaux ont largement été étudiées par le biais de différentes techniques expérimentales (transport, optique...). Dans cette thèse nous démontrons que les mesures de transmission effectuées sous champ magnétiques très intenses (> 1 millions de fois le champ magnétique terrestre) sont un outil très puissant pour étudier la structure électronique du graphène et du graphite. Dans un premier temps, nous montrerons que l'asymétrie électron-trou dans le graphite est causée par le terme souvent négligé de l'énergie cinétique d'un électron libre. Ce terme, également présent dans l'Hamiltonien décrivant les propriétés électroniques du graphène, explique élégamment l'asymétrie électron trou qui y est observée. Deuxièmement, l'utilisation de nombreuses sources dans l'infrarouge et dans le visible (200meV à 2eV) nous a permis d'observer de grandes séries de transitions interbandes dans le graphite entre les quatre bandes (E3+, E3-, E1 et E2) jusqu'à 150 T et à température ambiante. La résonance au point K peut être parfaitement décrite avec le modèle du bicouche effectif et la résonance au point H correspond à celle d'une monocouche de graphène. Enfin, nous démontrerons que ces résonances peuvent être réduites à une simple mesure de la relation de dispersion décrite par la formule relativiste E2=m02v4 + p2v2, avec v la vitesse de Fermi et, où l'énergie d'une particule au repos m0v² est égale à 385 meV au point K et est nulle au point H.

La Magnéto-Impédance Géante (GMI pour Giant Magneto-Impedance) présente un certain nombre d’avantages, tels la haute sensibilité, la haute résolution de détection, la large bande passante et la flexibilité de l’élément sensible qui rendent cette technologie très prometteuse pour la réalisation de capteurs de courant flexibles, sans contact, capables de mesurer à la fois les courants continus (DC) et alternatifs (AC).Ce travail de thèse vise à explorer la faisabilité d’un capteur de courant flexible à base de GMI, en portant une attention particulière sur l’impact des paramètres d’influence qui conditionnent largement les solutions de mise en œuvre du capteur.Les effets de la température et des contraintes mécaniques de flexion et de torsion, qui s’appliquent dans un environnement de mesure réel, sont caractérisés en prenant en compte les grandeurs intrinsèques du fil nécessaires à la réalisation d’un capteur industriel. L’impact de la mise en œuvre et du conditionnement électronique vis-à-vis de ces grandeurs d’influence est aussi étudié. Les effets des perturbations magnétiques externes et de l’excentration du conducteur sous test dans la boucle de mesure sont quantifiés et une solution de blindage est proposée. Enfin, le prototype de capteur obtenu à l’issue de ces travaux est présenté, ainsi que ses performances, en dégageant les pistes d’optimisation et d’amélioration. / The GMI effect displays several advantages, such as high sensitivity, high detection resolution and bandwidth, and mechanical flexibility. These advantages predispose this technology to the implementation of flexible contactless current sensors measuring both DC and AC currents.This thesis work aims at exploring the feasibility of a flexible GMI current sensor. A particular attention to the impact of influence parameters which largely condition the design solutions of the sensor has been paid.The effects of temperature and mechanical constraints such as bending and torsion, which apply in a real measuring environment, are characterized by taking into account the intrinsic features which are necessary to the design of the sensor. The impact of the general measuring configuration and electronics are also studied. The effects of magnetic disturbances and of the position of the current-carrying conductor in the measuring loop are quantified and an adequate shielding method is proposed. Finally, the sensor prototype obtained at the end of this work is described with its performances and the possible optimization and enhancement ways.

Le potentiel de la GMI a été exploré pour la réalisation d'un capteur magnétique de mesure du courant électrique. Une partie notable de ce projet a été consacrée à l'investigation de l'électronique de conditionnement du capteur, notamment, l'électronique d'excitation de l'élément sensible et l'électronique de détection de la variation de la tension à ces bornes. Une nouvelle solution d'oscillateur numérique précis, stable et de haute fréquence a été proposée. Un convertisseur tension-courant basé sur la source de Howland a été associé à cet oscillateur. Pour la détection, des technologies innovantes et prometteuses, tel que le détecteur RMS-DC pour les mesures précises, ont été proposées. Un conditionnement électronique permet d'utiliser ce détecteur pour la démodulation des signaux alternatifs. Une approche originale de détecteur d'amplitude sans seuil utilisant un amplificateur limiteur a été développée. Ces technologies ont été intégrées avec succès dans un capteur de courant électrique. / A GMI current sensor was designed. This study was devoted to the investigation of the electronic conditioning of the sensor. An accurate, stable and high frequency digital oscillator was developed. A voltage-to-current converter based on the Howland source was associated to this oscillator. An innovative and promising technology for precise measurements was proposed: the RMS-DC detector. This detector was conditioned for demodulating AC signals. Also an original approach of an amplitude detector using a limiting amplifier was developed. These technologies have been successfully integrated into a GMI current sensor.

Les travaux effectués lors de cette thèse portent sur l'optimisation de la configuration magnétique des propulseurs à effet Hall. Ceci regroupe deux objectifs: d'une part la réalisation d'un propulseur à effet Hall dont la topologie magnétique est entièrement paramétrable, ce qui constituera un outil précieux pour l'étude de l'impact du champ magnétique sur le fonctionnement du propulseur et d'autre part, l'étude de moyen de conception rationalisée de circuits magnétiques pour ces mêmes propulseurs. Le premier sujet a conduit à la réalisation du PPS-Flex, un propulseur proposant une structure de circuit magnétique innovante offrant un grand nombre de degrés de liberté en termes de réglage du champ magnétique produit. La deuxième thématique a quant à elle été abordée en s'appuyant sur des méthodes d'optimisation (paramétrique et topologique) permettant d'aboutir à un circuit magnétique optimal pour un ou plusieurs critères de conception (fidélité du champ magnétique généré, minimisation de la masse, du volume total, etc.)

La thématique de ce sujet de thèse porte sur l'étude des capteurs de champ magnétique intégrés en technologie CMOS standard basse tension sans étapes de fabrication supplémentaires. La co-intégration du transducteur (l'élément sensible qui transforme le champ magnétique en une grandeur électrique) et de son électronique de conditionnement du signal sur la même puce permet réaliser des fonctions spécifiques qui améliorent significativement les performances du capteur. Les travaux présentés dans cette thèse portent plus particulièrement sur deux types de transducteur : le transducteur à effet Hall dit vertical et un magnéto-transistor particulier appelé « CHOPFET ». Nous avons développé des modèles numériques de ces transducteurs afin d’analyser finement leurs comportement mais aussi d’optimiser leurs performances. En nous basant sur ces résultats, nous avons adapté des techniques de traitement du signal et proposé plusieurs architectures originales dédiées au conditionnement du signal magnétique. Cela a permis d’améliorer significativement les performances de ces capteurs en termes de résolution, d’offset et de consommation électrique. / The subject of thesis subject concerns the study of magnetic field sensors integrated in low-voltage standard CMOS process without additional post-processing steps. Co-integrating the magnetic transducer (the sensitive element transforming the magnetic field into an electrical quantity) together with its conditioning electronics onto a same chip allows to implement specific features, which dramatically improve the sensor performances. This work particularly focuses on two types of transducer: the vertical Hall device and a specific magneto-transistor called “CHOPFET”. We developed numerical simulation models in order to predict and optimize the behavior of these transducers. Based on the results, we adapted dedicated signal processing techniques and proposed several innovative magnetic signal conditioning architectures. This led to significant improvement in terms of resolution, offset and power consumption.

Nos travaux concernent la synthèse et la caractérisation d'oxydes dopés par la méthode d'électrodéposition sous champ magnétique.L'enjeu d'une telle recherche est double puisqu'il associe une étude de synthèses électrochimiques et l'obtention de matériaux associant des propriétés semi-conductrices et magnétiques.Les oxydes étudiés sont l'oxyde de cuivre (I) dopé par le manganèse ou par le cobalt, et l'oxyde de zinc dopé par le cuivre.Notre objectif est l'élaboration sous champ magnétique d'oxydes de type DMS (semi-conducteurs magnétiques dilués), et leurs caractérisations physiques et chimiques.En effet, l'addition du dopage et celui du champ magnétique appliqué pendant l'électrodéposition génèrent des effets sur les matériaux électrodéposés.Nous avons ainsi mis en évidence des modifications au niveau de la morphologie, de la texture, de la composition, et des propriétés optiques ou magnétiques des matériaux obtenus. / Our work focuses on the synthesis and characterization of doped oxides by electrodeposition method under magnetic field superimposition.The goal of this research presents two challenges, because it combines a study of electrochemical synthesis and obtaining materials with optical and magnetic properties. The materials which have been studied are manganese or cobalt doped copper (I) oxide on the one hand, and the copper doped zinc oxide in the other hand.Our goal is the elaboration of diluted magnetic oxides, and the study of their physical and chemical characterizations.Indeed, the effects of doping and of the magnetic field applied during the electrodeposition can provide interesting changes in morphology, texture, composition and optical and magnetic properties of the obtained materials.

Cette thèse consiste en l'étude expérimentale et numérique des processus de formation des particules de suie au sein des flammes laminaires non-pré-mélangées et partiellement prémélangées sous l'influence d'un champ magnétique ou d'une stimulation acoustique. Dans une premiére étape, la capacité du code CIAO à prédire la fraction volumique de suie dans une flamme axisymétrique est étudiée. Par la suite, deux flammes subissant une stimulation acoustique ont été étudiées. Les résultats peuvent être utilisés pour améliorer les modèles de suie futurs, en particulier concernant les différentes échelles temporelles de la chimie en phase gazeuse, et la formation d'hydrocarbures polyaromatiques (PAH) et de suie couplée avec des flux transitoires. Pour étudier la formation des particules de suie sous l'influence de gradients de champ magnétique, un brûleur de type Santoro est utilisé. Les techniques de mesure utilisées dans le cadre de cette thèse sont l'imagerie directe à haute cadence, la technique Background Oriented Schlieren (BOS) et la méthode d'Absorption/Emission Modulée (MAE). Une augmentation de la fraction volumique de suie intégrée a été mise en évidence lorsque le gradient de champ magnétique est ascendant. Une analyse de stabilité linéaire locale appliquée à l'écoulement non-visqueux est présentée pour une flamme sous l'influence de la perturbation magnétique envisagée. Le gradient de champ magnétique provoque alors une réduction du taux d'amplification. De fait, l'étude est complété par l'identification d'un domaine où les flammes qui oscillent naturellement peuvent être stabilisées et contrôlées par des gradients de champ magnétique. / In this thesis light is shed on the soot formation processes in laminar coflow flames influenced by magnetic field gradients and acoustic forcing. Both influences have been assessed experimentally and numerically. First, the CIAO in-house code's ability to predict soot volume fraction fields in a steady coflow flame is studied. Then, two acoustically forced cases were studied. These findings are used to improve future soot models, especially, concerning the different time scales of gas phase chemistry and the formation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and soot coupled with unsteady flows. To investigate soot formation under magnetic field gradients, a Santoro type burner is used. The measurement techniques applied in the course of this thesis are high-speed luminosity measurements, Background Oriented Schlieren (BOS) and one- and two-color Modulated Absorption/Emission (MAE) techniques. The magnetic field impact on soot formation was first studied experimentally in steady laminar flames. A scaling of soot production similar to the increased integrated soot volume fraction with increased oxygen content in the coflow was documented. A local inviscid stability analysis is presented for an ethylene coflow flame to investigate the flame's response to small perturbations of the mean velocity, temperature, fuel, and oxygen massfraction under magnetic field exposure. The magnetic field is found to reduce the perturbations' growth rate. The magnetic field study is completed by identifying a domain where naturally oscillating flames can be stabilized and controlled by magnetic field gradients.

Les tumeurs endocrines sont habituellement diagnostiquées grâce à l'emploi d'une technique d'imagerie utilisant un peptide radio-marqué (somatostatine ou Osteoscan) dont le récepteur est présent dans 80% des tumeurs. Le récepteur à sept domaines transmembranaires RCCK2 est également sur-exprimé avec une forte incidence dans les tumeurs endocrines. De plus, notre équipe a montré que la gastrine et la CCK, les deux ligands agonistes naturels du RCCK2, induit une internalisation massive du RCCK2 ; le récepteur est ensuite orienté majoritairement avec ses ligands vers les lysosomes pour y être dégradé. Notre équipe a alors formulé l'hypothèse que la surexpression de RCCK2 dans les tumeurs endocrines comparativement aux tissus sains et sa capacité d'internalisation massive pouvaient être avantageusement utilisées pour développer une nouvelle approche diagnostique et thérapeutique. Mon projet de thèse présentaient plusieurs objectifs : 1°) optimiser une nanoplateforme magnétique permettant le ciblage efficace de cellules tumorales surexprimant le RCCK2 ; 2°) valider la stratégie de nanothérapie ciblée par hyperthermie magnétique afin d'éradiquer spécifiquement des cellules tumorales surexprimant le RCCK2, puis étudier les mécanismes cellulaires impliqués dans la signalisation de mort ; 3°) élaborer des stratégies permettant d'augmenter l'efficacité thérapeutique anti-tumorale. Dans un premier temps, j'ai développé une nano-plateforme constituée d'une nanoparticule magnétique (NPM) d'oxyde de fer de type SPION (superparamagnetic iron oxide nanoparticles). J'ai élaboré différents lots de NPM présentant différentes densités en ligand à leur surface et analysé leur capacité de liaison, d'internalisation et d'accumulation dans les lysosomes. Les nanoparticules vectorisées s'accumulent dans les cellules de façon dépendante du récepteur (2.2pg de fer/cellule). J'ai ensuite cherché à valider la stratégie de nanothérapie ciblée par hyperthermie magnétique. Pour cela, j'ai appliqué un champ magnétique alternatif à haute fréquence (275 kHz, 40 mT) sur des cellules ayant ou non internalisé des NPM. L'application du champ magnétique, induit la mort de 30% des cellules tumorales ayant internalisé des NPM, sans élévation détectable de température du milieu extracellulaire, suggérant que l'hyperthermie magnétique serait probablement induite très localement à l'échelle du lysosome. Nous avons appelé ce phénomène : hyperthermie magnétique intra-lysosomale. Ensuite, j'ai cherché à préciser les mécanismes cellulaires pouvant être impliqué dans l'induction de la mort des cellules. Mes résultats montrent que l'application du champ magnétique sur des cellules ayant accumulé des NPM dans leur lysosome induit une production de radicaux libres oxygénés (ROS) responsables de la perméabilisation de la membrane lysosomale et conduisant à la fuite des cystéines protéases lysosomales dans le cytosol, impliqués ainsi dans le mécanisme de mort par hyperthermie magnétique intra-lysosomale. Enfin, dans le but d'augmenter l'efficacité thérapeutique, j'ai combiné ce traitement d'hyperthermie magnétique intra-lysosomale à un traitement chimiothérapeutique, la doxorubicine. Les résultats montrent un effet additif des traitements hyperthermique et chimiothérapeutique. Une telle stratégie de combinaison d'approches thérapeutiques présente l'avantage d'utiliser des doses faibles d'agent chimiothérapeutique, afin de limiter les effets secondaires vis-à-vis des cellules saines. / Endocrine tumors are usually diagnosed through the use of an imaging technique using a radiolabeled peptide (somatostatin or Osteoscan) whose receptor is present in 80% of tumors. The CCK2R which belongs to the seven transmembrane domains receptor family is also overexpressed with a high incidence in endocrine tumors. In addition, our team has shown that gastrin and cholecystokinin (CCK), both natural agonists of the CCK2R, induce a massive CCK2R internalization; then the receptor is directed with the ligand to lysosomes to be degraded. Our team hypothesized that CCK2R overexpression in endocrine tumors compared to healthy tissue and its ability to internalize could advantageously be used to develop a new diagnostic and therapeutic approach. My thesis project had several objectives: 1) To optimize a magnetic nano-platform for an effective targeting of tumor cells overexpressing the CCK2R; 2) To validate the targeted nanotherapy strategy by magnetic hyperthermia to specifically eradicate tumor cells overexpressing the CCK2R, and study the mechanisms involved in cell death; 3) To develop strategies in order to increase the anti-tumor therapeutic efficiency. Firstly, I have developed a nano-platform composed of a SPION (superparamagnetic iron oxide nanoparticles) type magnetic nanoparticle (MNP). I developed different batches of MNP with different ligand densities at their surface and analyzed their binding capacity, internalization and lysosomal accumulation. Targeted nanoparticles uptake is receptor dependent, reaching a rate of 2.2 pg iron/cell, after 24 hours of incubation. Thus, I validated the strategy of targeted nanotherapy by magnetic hyperthermia. For this, I applied a high frequency alternating magnetic field (275 kHz, 40 mT) on cells with or without internalized MNPs. The application of the magnetic field induces the death of 30% of tumoral cells having internalized MNPs, without any perceptible temperature rise in the incubation medium, suggesting that the magnetic hyperthermia would probably be induces very locally at the scale of the nanoparticules or the lysosome. We called this phenomenon intra-lysosomal magnetic hyperthermia. Then, I studied the cellular mechanisms involved in the induction of cell death by intra-lysosomal magnetic hyperthermia. My results showed that the application of a magnetic field increased the production of reactive oxygen species (ROS), leading to lysosomal membrane permeabilization and to the leakage of lysosomal enzymes in the cytosol of cells having internalized MNPs, indicating that ROS production and lysosomal cysteine proteases are involved in the mechanisms of cell death. Finally, in order to increase the therapeutic efficacy, I combined this intra-lysosomal magnetic hyperthermia treatment to a chemotherapeutic treatment, the doxorubicin. The results showed an additive effect of hyperthermia and chemotherapy treatments. This combining therapeutic strategy presents the advantage of using low doses of chemotherapeutic agent, in order to decrease the side effects towards healthy cells.