Dans ce travail, les effets du champ magnétique sur la cristallographie et la microstructure d'alliages Al lors de la solidification sont systématiquement étudiés. L'étude des phases primaires Al3Fe et Al3Zr indique que l'interface facettée et le maclage influencent leur morphologie. Pour Al3Fe, la faible vitesse de migration des plans parallèles à la direction d'extension conduit à la forme de barre. Le type I de maclage provoque la courbure du cristal. Pour Al3Zr, les vitesses de migration différentes des différents plans conduisent à la forme tabulaire et le maclage composé crée les dentrites. Le maclage est réalisé par cisaillement, remaniement et de fautes d'empilement atomique. Le champ magnétique intense tend à éliminer la ségrégation par gravité d'Al3Fe primaire par la force de viscosité magnétique. Le couple magnétique induit par l'anisotropie magnétique provoque la rotation de l'Al3Fe et Al3Zr primaires et crée une forte orientation préférentielle cristallographique dans la direction du champ. Le champ induit également des bifurcations et des fissures du Al3Fe par la force thermoélectrique magnétique et la différence des coefficients de retrait entre Al3Fe et la matrice. La conjonction de détachement de cristaux, de l'énergie d'aimantation et de la suppression de la diffusion de solutés accroît la nucléation de l'Al3Fe primaire. Au cours de coulée semi-continue, le faible champ magnétique statique transfère les grains équiaxes et colonnaires d'Al-Zn en grains de type « plumeau » maclés, et les grains colonnaires d'Al-Fe en lamelles maclées par la modification des conditions de solidification à l'interface liquide/solide, entraînant la formation de la forte texture cristallographique et des joints de grains de coïncidence (Coincident Site Lattice CSL) de type [sigma]3. Le présent travail contribue à l'enrichissement de la théorie du traitement électromagnétique des matériaux / In this work, the effects of magnetic field on the crystallography and microstructure of al alloys during solidification are systematically studied. Study on the primary Al3Fe and Al3Zr phases indicates that the faceted interface and twinning influence their morphology. For the Al3Fe, the low rate of the planes parallel to the extension direction result in the bar shape. The type I twinning causes the crystal to bend. For the Al3Zr, the different migration rates of the planes lead to the tabular shape and the compound twinning creates the dentrites. Twinning is achieved by shearing, reshuffling and atomic stacking fault. High magnetic field tends to eliminate the gravity segregation of the primary Al3Fe by the magnetic viscosity force. The magnetic torque induced by the magnetic anisotropy rotates the primary Al3Fe and Al3Zr and creates strong preferential crystallographic orientation in the field direction. The field also induces bifurcation and cracking of the Al3Fe through the thermoelectric magnetic force and the shrinkage coefficient difference between the Al3Fe and the matrix. Crystal detachment plus magnetization energy and solute diffusive suppression enhances the nucleation of the primary Al3Fe. During semi-continuous casting, the low DC magnetic field transfers the equiaxed and columnar grains in Al-Zn to twinned feathery ones, and the columnar grains in Al-Fe to twinned lamellas by modifying the solidification condition at the liquid/solid front, resulting in the formation of strong crystallographic texture and CSL [sigma]3 boundaries. The present work contributes to the enrichment of the theory of electromagnetic processing of materials

La caractérisation du champ magnétique interstellaire de notre Galaxie représente un enjeu majeur de l'astrophysique. Une meilleure connaissance de ses propriétés, en particulier de sa structure, constituerait en effet un atout important pour de nombreux domaines de recherche allant de l'étude des rayons cosmiques à la dynamique de la Galaxie en passant par l'évolution du milieu interstellaire et la formation stellaire. Des observations radio récentes ont permis de mettre en évidence des caractéristiques communes dans la structure magnétique de galaxies proches semblables à la Voie Lactée. Lorsque les galaxies sont vues de face, les lignes de champ magnétique forment un motif en spirale proche de celui observé dans le visible. Lorsque les galaxies sont vues par la tranche, les lignes de champ magnétique sont parallèles au plan galactique dans le disque et ont une forme dite en "X" dans le halo. Il est dès lors naturel de se poser la question de la présence d'une telle structure en X dans le halo de notre propre Galaxie. L'objectif du travail que j'ai effectué lors de mes trois années de thèse a consisté à tenter d'apporter des éléments de réponse à cette question. Les difficultés sont principalement de deux ordres : d'une part, notre position, à l'intérieur de la Voie Lactée ne nous permet pas d'avoir une vision globale de sa structure magnétique à grande échelle ; d'autre part, le champ magnétique est inaccessible à une observation directe, il est donc nécessaire de mettre en oeuvre des techniques indirectes estimant certaines des caractéristiques du champ magnétique à partir de l'effet qu'il peut avoir sur une observable donnée. Pour ma part, j'ai basé mon travail sur l'effet de rotation Faraday. J'ai tout d'abord constitué une carte de référence observationnelle de la profondeur Faraday de notre Galaxie associée au champ magnétique à grande échelle. Pour cela, j'ai dû développer un modèle simple de champ magnétique turbulent afin de pouvoir en soustraire sa contribution à la profondeur Faraday de celle du champ magnétique total. J'ai ensuite construit des cartes théoriques de la profondeur Faraday de notre Galaxie basées sur un ensemble de modèles analytiques du champ magnétique à grande échelle compatibles avec différentes contraintes (théoriques et observationnelles) et dépendant d'un nombre raisonnable de paramètres libres. J'ai finalement ajusté les valeurs de ces paramètres au travers d'une laborieuse phase d'optimisation. Mon manuscrit se décompose en quatre chapitres principaux. Au chapitre 1, je présenterai le contexte de mon travail et j'énoncerai divers résultats généraux utiles à mon étude. Au chapitre 2, je passerai en revue l'ensemble des éléments nécessaires à ma modélisation et j'insisterai particulièrement sur le jeu de modèles analytiques de champ magnétique que j'ai utilisés. Au chapitre 3, je décrirai les procédures de simulation et d'optimisation. Au chapitre 4, je présenterai mes résultats. Dans ce dernier chapitre, je dériverai les valeurs des paramètres des différents modèles de champ conduisant au meilleur accord avec les observations, je tâcherai de préciser le rôle de chaque paramètre et son impact sur la carte théorique, et je discuterai les géométries autorisées dans les différents cas. Je montrerai que l'accord modèle-observation est légèrement meilleur avec un champ du halo bisymétrique qu'avec un champ du halo axiisymétrique et que dans le premier cas, un motif en X apparaît naturellement dans les cartes de polarisation alors que le champ magnétique est horizontal dans le second cas. / Characterization of the interstellar magnetic field of our Galaxy is a major challenge for astrophysics. A better understanding of its properties, particularly its structure, would be valuable in many research areas, from cosmic-ray studies to Galactic dynamics and including interstellar medium evolution and star formation. Recent radio observations uncovered common characteristics in the magnetic structure of nearby galaxies similar to the MilkyWay. In face-on galaxies, magnetic field lines appear to form a spiral pattern similar to that observed in the optical. In edge-on galaxies, magnetic field lines appear to be parallel to the galactic plane in the disc and X-shaped in the halo. One may naturally wonder whether such an X-shape structure is also present in the halo of our own Galaxy. The purpose of the work performed during my three years as a Ph.D. student was to try and provide some answers to this question. There are two major difficulties : on one hand, our location within the Milky Way does not mate it to have a global view of its large-scale magnetic structure; on the other hand, the magnetic field is not directly observable, so it is necessary to implement indirect techniques, based on the effect the magnetic field can have on a given observable, to estimate some characteristics of the magnetic field. My own work is based on Faraday rotation. I first built an observational reference map of the Faraday depth of our Galaxy associated with the large-scale magnetic field. To that end, I had to develop a simple model of the turbulent magnetic field in order to substract its contribution to the Galactic Faraday depth from that of the total magnetic field. I then constructed theoretical maps of Galactic Faraday depth based on a set of analytical models of the large-scale magnetic field that are consistent with various (theoretical and observational) constraints and depend on a reasonable number of free parameters. Finally I fitted the values of these parameters through a challenging optimization phase. My manuscript is divided into four main chapters. In Chapter 1, I present the context of my work as well as various general results useful for my study. In Chapter 2 I review all the elements required for my modeling, with emphasis on the set of analytical models used. In Chapter 3, I describe my simulation and optimization procedures. In Chapter 4 I present my results. In this final chapter, I derive the parameter values of the different field models that lead to the best fit to the observations, I try to identify the role of each parameter and its impact on the theoretical map, and I discuss the different geometries allowed in the various cases. Finally, I show that the fit to the observational map is slightly better with a bisymmetric halo field than with an axisymmetric halo field, and that an X-shape pattern in polarization maps naturally arises in the first case whereas the field appears to remain mainly horizontal in the second case.

On étudie l'opérateur de Dirac bidimensionnel avec un champ magnétique tendant vers l'infini en l'infini. Le spectre d'un tel opérateur est uniquement composé de valeurs propres et en particulier le spectre essentiel est réduit à un point. Pour un champ magnétique à croissance polynomiale, on donne l'équivalent des valeurs propres à l'infini.<br />Quand on perturbe cet opérateur par un potentiel électrique tendant vers zéro à l'infini avec une décroissance polynomiale, exponentielle ou à support compact, des valeurs propres sont créées près du point du spectre essentiel. On étudie le comportement asymptotique du spectre discret de l'opérateur perturbé près de ce point.<br />Pour l'opérateur de Dirac tridimensionnel avec un champ magnétique constant, on définit les résonances à l'aide de la méthode de dilatation analytique. Grâce à la méthode de Grushin, on étudie les résonances près des niveaux de Landau-Dirac à l'aide d'un hamiltonien effectif.

La spectroscopie optique des atomes simples permet une mesure très précise des propriétés atomiques et des perturbations extérieures, comme par exemple des champs électriques ou magnétiques appliqués. Le spectre Zeeman correspond à une signature du champ magnétique. Dans cette thèse nous présentons l'étude de la réponse du rubidium aux champs magnétiques intenses, dans le but d'utiliser celle-ci comme une sonde de champ magnétique dans l'intervalle de 0.1 T à 60 T. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet RUHMA (RUbidium Atoms in High MAgnetic fields). Notre étude ouvre la voie à la métrologie optique des champs intenses, en déterminant un champ magnétique grâce à la mesure d'une fréquence optique. Le principe de l'expérience consiste à comparer les spectres atomiques expérimentaux et les spectres théoriques calculés, afin d'obtenir la valeur de l'intensité du champ. Nous avons réalisé des premiers tests en champ magnétiques statiques, compris entre 0.06 T et 0.2 T. Dans ce régime, nous avons étudié en détails les effets dus à la structure particulière des niveaux d'énergie du système atomique: des configurations à trois ou quatre niveaux produisent des nouvelles résonances et influencent l'amplitude des signaux observés . Après cette phase préliminaire, le régime de champs intenses (entre 1 T et 60 T) a été exploré, en utilisant les bobines pulsées du Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses de Toulouse. L'une des tâches critiques de ce travail a été la miniaturisation du système expérimental, dans le but de satisfaire les contraintes imposées par une expérience en champ intense. Avec ce système nous avons pu étudier la métrologie des champs pulsés jusqu'à environ 58 T , ce qui est, à ce jour, le champ le plus intense auquel un gaz atomique n'a jamais été soumis. L'incertitude relative de notre méthode est de l'ordre de 10-4. / Optical spectroscopy of simple atoms allows a very precise measurement of the atomic properties and of the external perturbations, as applied magnetic or electric fields. The Zeeman spectrum represents a magnetic field fingerprint. In this work we present our investigations about rubidium response to high magnetic fields in order to use it as magnetic field probe in the range 0.1 T - 60 T. This work was carried out in the framework of the RUHMA (RUbidium Atoms in High MAgnetic fields) project. Our investigation opens the path to magnetic field optical metrology, converting a magnetic field measurement into an optical frequency determination. The principle of the experiment is to compare experimental atomic spectra with computed theoretical spectra, in order to extract the value of the magnetic field strength. We performed our preliminary tests in static magnetic fields, ranging from 0.06 T to 0.2 T. In this framework we investigated in details some complex spectroscopic structures due to the multi-level nature of the atomic system. After this preliminary phase, the 1T-60T range have been investigated using the pulsed magnets of the Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses in Toulouse. We carried out an effort of miniaturization of the experimental setup in order to satisfy the constraints imposed by high magnetic field experiments. We performed metrology of pulsed magnetic field up to 58 T, which is the highest field an atomic gas has never been exposed. The accuracy of our method attained the level of 10-4.

La bande de fréquence HF est une bande internationale de plus en plus utilisée de par le monde pour des applications RFID (Radio Frequency IDentification). Les nombreuses applications telles que le suivi, l'emballage, le transport, et la détection ont en effet suscité un intérêt grandissant pour la RFID sans contact en champ proche à 13,56 MHz basée sur la norme de communication ISO/IEC 14443. Pour les systèmes RFID HF à faible coût, les interfaces de communication lecteurs/étiquettes utilisent des antennes boucles inductives formées par l'enroulement de fils ou de bandes conductrices. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à la conception et à l’optimisation de l’antenne de l’étiquette utilisée comme ticket de transport pour fournir le maximum d’énergie au circuit intégré. Nous analysons plus particulièrement l’influence des paramètres géométriques et les matériaux de fabrication de l’élément rayonnant afin de proposer une méthodologie de conception d’antenne inductive. Pour ce faire, une modélisation circuit du système RFID HF est proposée afin d’effectuer une meilleure analyse du couplage lecteur/étiquette ainsi que des points critiques de fonctionnement. Afin de valider les différentes études effectuées, de nombreux prototypes d’antennes ont été réalisés avec différents matériaux et les résultats obtenus analysés. / The HF frequency band is internationally allocated for worldwide and fastest growing band used in RFID (Radio Frequency IDentification) applications. The need for automation and advanced technologies in applications like tracking, packaging, transportation, and sensing has attracted the interest of the near-field contactless RFID at 13.56 MHz based on ISO/IEC 14443 communication standard. For low-cost RFID HF systems, communication interfaces use inductive loop antennas made up of the winding of conductive wires or strips. In this thesis, we are particularly interested in the antenna design and optimization of tags dedicated for transport to provide a maximum power to the integrated circuit. The influence of the geometric parameters and materials used for the realization of the radiating element has been particularly studied to reach to propose a methodology of inductive antennas design. To do this, a circuit model of HF RFID system has been proposed to analyze the reader / tag coupling and the different critical operating points. Several antenna prototypes were made with different materials to validate the different studies.

Ce mémoire présente une étude de l’effet d’une pression hydrostatique sur la reconstruction de la surface de Fermi dans le cuprate supraconducteur La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4]. Des mesures de la résistivité et de l’effet Hall ont été effectuées à Sherbrooke ainsi qu’au National High Magnetic Field Laboratory de Tallahassee sur des échantillons de La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] à deux dopages d’intérêt. Une revue de la littérature pertinente à la mise en contexte des résultats est d’abord présentée, portant notamment sur les études de pression déjà publiées dans le domaine. Quelques notions théoriques sur le transport électrique et sur les signatures des fluctuations quantiques associées à la présence d’un point critique quantique sont ensuite amenées. La méthode expérimentale est décrite en détail et le fonctionnement des cellules de pression est expliqué. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux sont ensuite présentés. Finalement, une discussion propose quelques pistes d’interprétation pour ces résultats. Les mesures d’effet Hall sous pression ont permis de montrer que la reconstruction de la surface de Fermi est supprimée à p = 0.20. Les données de résistivité témoignent d’un déplacement de la ligne T∗ associée au pseudogap et montrent qu’une pression de 20 kbar suffit à révéler un intervalle de dopage où la résistivité est linéaire jusqu’à très basse température. Ces résultats font état d’une grande ressemblance entre La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] sous pression et La[indice inférieur 2−x]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4], le composé parent. Ils appuient de plus la thèse que la pression supprime l’ordre de charge associé à la reconstruction de la surface de Fermi.

Cette thèse traite l'interaction d'ordres en compétition dans les cuprates supraconducteurs dopés en trous; il sera question de supraconductivité et d'ordre de charge. Dans une première étude, la conductivité thermique $\kappa_{\rm xx}$ sous forts champs magnétiques du cuprate YBCO est utilisée pour mesurer le champ critique $H_{\rm c2}$. Cette expérience révèle la forte compétition entre la supraconductivité et l'ordre de charge dans ces matériaux dopés en trous. Ce résultat représente la première mesure directe de champ critique $H_{\rm c2}$ dans cette famille de supraconducteurs et démontre l'absence de liquide de vortex à température nulle. Dans une deuxième étude, la combinaison de l'effet Hall thermique $\kappa_{\rm xy}$ et de mesures électriques sous forts champs magnétiques permet l'exploration de la loi de Wiedemann-Franz dans le cuprate YBCO. En démontrant que cette loi est satisfaite au-dessus du champ magnétique critique $H_{\rm c2}$ déterminé lors du premier projet, cette expérience montre qu'il ne reste pas de supraconductivité au-dessus du champ magnétique critique et que l'état normal des cuprates sous-dopés est métallique. Dans une troisième étude, l'effet Hall thermique $\kappa_{\rm xy}$ est utilisé pour sonder la surface de Fermi d'un matériau dans sa phase supraconductrice. Pour les cuprates sous-dopés en trous, ce projet révèle qu'il n'y a pas de reconstruction de la surface de Fermi en champ nul par l'ordre de charge à courte portée. Cette expérience pionnière représente ainsi le trait d'union manquant entre de nombreux résultats qui pourtant parurent contradictoires au premier abord.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’influence du champ magnétique sur l’évolution stellaire reste à déterminer, notamment lors de la transition de la branche asymptotique des géantes (AGB) vers les Nébuleuses planétaires (PN) des étoiles de masse intermédiaire et solaire, et de la transition des supergéantes rouges (RSG) vers le stade des supernova (SN) ouWolf Rayet (WR) pour les étoiles massives. Le champ magnétique joue probablement un rôle important dans le processus de perte de masse et de leur changement de morphologie, passant d’un objet sphérique à un objet asymétrique avec émissions de jets de matière. Pendant ma thèse j’ai étudié l’enveloppe circumstellaire de Betelgeuse, une RSG. J’ai utilisé l’antenne radio IRAM-30m, pour réaliser le premier relevé spectral à 1,3 et 3 mm. Il en ressort que Betelgeuse est chimiquement jeune ; seulement 7 espèces ont été détectées. Cependant, pour la première fois lemaser SiO a été détecté pour cette étoile, ce qui pourrait permettre d’estimer le champ magnétique de l’enveloppe de cette étoile. La seconde partie de ma thèse a été d’estimer l’intensité du champ magnétique pour un échantillon d’AGBs et PNe grâce au radical CN sensible à l’effet Zeeman. L’intensité du champ magnétique selon l’axe de visé (Blos ) est estimée entre -7,5 et 14,2 mG. En comparant avec de précédentes études à toutes les longueurs d’onde, nous pouvons conclure que le champ magnétique décroit en 1/r où r est la distance à l’étoile. Pour l’étoile IRC+10216 le champ magnétique est estimé pour plusieurs positions de son enveloppe allant de -7,2 à 9,5 mG : Blos n’est pas homogène et aligné dans l’enveloppe. / The influence of themagnetic field on the stellar evolutions has still to be determined, particularly for the transition from the asymptotic giant branch (AGB) to planetary nebulae (PN) for intermediate and solar mass stars, and the transition from red supergiant (RSG) to supernova (SN) or Wolf Rayet (WR) for massive stars. The magnetic field plays likely an important role in the mass loss process, and the star morphology changes from a spherical to an asymmetric object with outflows. During my thesis, I studied the circumstellar envelope of Betelgeuse, an RSG. I used the radio telescope IRAM-30m, to make a spectral survey at 1,3 and 3 mm.We detect only 7 species hence revealing that Betelgeuse is chemically young. However we detect for the first time the SiO maser, which will make possible to estimate themagnetic field in the envelope of this star. The second part of my thesis was to estimate the intensity of the magnetic field for a sample of AGBs and PNe using the CN radical sensitive to the Zeeman effect. The intensity of the magnetic field along the line of sight (Blos) is estimated between -7.5 and 14.2 mG. Comparing with previous studies at all wavelengths, we can conclude that the magnetic field decreases in 1/r with r the distance to the star. For the star IRC+10216, Blos is estimated for several positions of the envelope between -7.2 and 9.5 mG : Blos is not homogeneous and aligned in the CSE.

Ce travail de thèse s'inscrit dans un contrat entre l'équipe "Mesures électroniques" du LIEN (EA3440) et le service de la Recherche et celui des Études Médicales de la société EDF. Il porte sur le comportement des défibrillateurs implantables en environnement magnétique basse fréquence (50 Hz-50 kHz). Un premier chapitre introduit les principes des interactions entre les champs électromagnétiques et les implants médicaux actifs. Il résume les données constitutives d'une étude comportementale des implants médicaux actifs en présence d'un champ électromagnétique. Y sont présentées et définies les données générales ou spécifiques aux sources électromagnétiques et aux dispositifs médicaux implantables. Un souci est de déterminer les champs et/ou les courants électriques induits dans un modèle du corps humain par une source magnétique basse fréquence (50 Hz à 50 kHz), c'est l'objet du chapitre 2. Ces calculs sont basés sur un modèle par les intégrales finies simulé à l'aide du logiciel CST. Un fantôme virtuel utilisant les conductivités de 77 organes différents a été construit grâce au Visible Human Project. La prise en compte de l'implant est effectuée au chapitre 3. Partant des résultats précédents, un défibrillateur implantable est inséré dans le modèle virtuel en vue de calculer les tensions induites en bout de sonde. Ces tensions sont comparées aux données normatives et montrent leur valeur très faibles quelle que soit la fréquence du champ magnétique. Le quatrième et dernier chapitre présente les résultats de validation expérimentale obtenues par des tests in vitro dans un fantôme électromagnétique au sein d'une cage de Faraday. Un signal cardiaque leurre est généré artificiellement. Un banc de mesure est configuré et géré par un logiciel d'instrumentation virtuelle sous GPIB (HPVEE). Il permet de contrôler la puissance de la source et de recueillir les signaux via la télémétrie du défibrillateur. Quelques épisodes réversibles ont été observés à 50 Hz montrant la grande sensibilité de l'électronique (filtre d'entrée) selon les modèles destinés à l'Europe (50 Hz) ou aux USA (60 Hz). Ceci est normal ces valeurs correspondant aux fréquences cardiaques. Les séries de mesures effectuées n'ont montré aucune défaillance pour les 4 défibrillateurs testés pour des puissances pouvant atteindre jusqu'à 3,44 mT. / This thesis was conducted under a contract between the "Electronic Measurements" Research Group within the Electronic Instrumentation Laboratory of Nancy and the Research Department of EDF. The focus of this thesis is the behavior of implantable defibrillators in low frequency (50 Hz-50 kHz) magnetic environments. The first chapter introduces the principles and summarizes the basics of the interactions between electromagnetic fields and active medical implants. General and specific data concerning implantable medical devices are also presented. The main aim of the second chapter is to determine the fields and/or electric currents induced in a human body by a magnetic source at low frequency (50 Hz to 50 kHz). The calculations are based on a finite integral method elements model using CST software. In the third chapter, a virtual phantom is described, based on 77 different organs. It is constructed using the Virtual Family. Based on the above results, an implantable defibrillator is inserted into the virtual model to calculate the voltages induced at the end of the probe. These voltages are compared with threshold values obtained from the Standards to demonstrate their very low values regardless of the frequency of the magnetic field. The fourth and final chapter presents the results obtained for experimental validation with in vitro tests in an electromagnetic phantom made of gelatin, placed within a Faraday cage. A cardiac signal is generated as an artificial lure. The experimental set up is configured and managed by virtual instrumentation (GPIB HPVEE). It controls the power source and collects telemetry signals via the defibrillator. Some reversible episodes were observed at 50 Hz showing the sensitivity of the electronics (input filter) according to the ICD models destined for Europe (50 Hz) and the USA (60 Hz). These are normal values for heart rate. The series of measurements showed no failure for four defibrillators tested in electromagnetic fields up to 3.44 mT