Ce travail consiste à démontrer l'intérêt d'utiliser des liquides magnétiques (ferrofluides) pour la fabrication de miroirs déformables dont la surface est modifiable par un champ magnétique. Une partie de ce travail consiste en une amélioration technologique d'un concept de miroir déformable à base de ferrofluide développé par Laird en 2005. Après avoir introduit le concept de miroir déformable ferrofluidique et présenté les constituants de base d'un système d'optique adaptative, nous explorons les nouvelles applications de l'optique adaptative qui ont vu le jour au cours des dix dernières années. Ces nouvelles applications ont crée un besoin pour le développement de nouveaux miroirs déformables à faible coût et possédant des caractéristiques différentes des systèmes classiques utilisés initialement pour l'astronomie. Nous incluons ensuite un chapitre traitant des technologies existantes de miroirs déformables. Un chapitre entier suit afin d'établir les bases théoriques et les techniques utilisées pour simuler le comportement spatial de ces miroirs. Trois types de miroirs déformables ferrofluidiques sont présentés dans ce chapitre et reposent tous sur l'utilisation de boucles de courant et/ou de réseaux de fils comme sources de champ magnétique. Ensuite, le comportement spatial de ces miroirs déformables est étudié expérimentalement à l'aide de trois prototypes conçus dans notre laboratoire. Nous présentons aussi dans ce chapitre des exemples d'applications de ces miroirs pour la correction d'aberrations statiques, introduites dans un système optique par le désalignement de composantes optiques ou la présence d'éléments aberrants. En dernier lieu, nous discutons des résultats obtenus avec ces prototypes, nous introduisons quelques applications potentielles pour ces miroirs déformables et présentons les avantages et inconvénients d'une telle technologie. / This work shows the usefulness of using magnetic liquids (ferrofluids) for the fabrication of deformable mirrors whose surface can be shaped by magnetic fields. Part of this work consists of a technological improvement of a concept of ferrofluidic deformable mirror developed by Laird in 2005. After an introduction on the concept of the ferrofluidic deformable mirror, we present the basic components of an adaptive optics System. Next, we explore new applications of adaptive optics that have emerged during the last decade. These new applications have created an interest in the design of affordable deformable mirrors with characteristics different from those commonly used in Astronomy. We then present a chapter discussing of existing technologies of deformable mirrors. The following chapter is devoted to the theoretical basis and the techniques used to simulate the spatial behavior of these ferrofluidic deformable mirrors. Three types of mirrors are presented in this chapter, each of which use current loops and/or wire network as sources of magnetic field. The spatial behavior of these deformable mirrors is studied in experiments using three prototypes designed in our laboratory. In this chapter, we also present applications of these mirrors for the correction of static aberrations, introduced to an optical System by the misalignment of the components or the presence of aberrant elements. Lastly, we discuss results obtained for these prototypes and introduce potential applications of these deformable mirrors, presenting the advantages and disadvantages of such a technology.

Le Génie Electrique, en général, et l'électronique de puissance, en particulier, prend une part de plus en plus importante dans les systèmes embarqués. La fiabilité des systèmes électroniques dépend fortement de la gestion de leur température. Les systèmes de refroidissement actuels sont lourds, volumineux, et consommateurs d'énergie, ce qui est en désaccord avec les systèmes embarqués. Il est donc nécessaire de chercher de nouveaux systèmes, plus fiables, plus légers, et moins énergivores. Le sujet de cette thèse porte sur l'utilisation des ferrofluides, suspensions colloïdales magnétiques, à basse température de Curie, dont les propriétés magnétiques varient fortement avec la température entre l'ambiante et une centaine de degrés Celsius afin de les utiliser comme liquide caloporteur dans les systèmes de refroidissement. Les propriétés magnétiques fortement dépendantes de la température d'un tel fluide permettent la mise en mouvement de ce dernier par l'action couplée d'un champ magnétique et d'un gradient de température alors que toutes les pièces solides restent fixes. Le système de refroidissement n'est alors plus assujetti à l'usure de la pompe permettant la circulation du fluide caloporteur. Le système est ainsi globalement plus fiable et moins consommateur d'énergie. L'énergie de mise en mouvement du ferrofluide étant extraite directement des pertes des composants. Le comportement des ferrofluides est trop méconnu à l'heure actuelle pour concevoir et optimiser une pompe statique magnétothermique. Un effort important de modélisation et de caractérisation doit être mené. Ce manuscrit présente une étude pratique vérifiant le principe de création de pression hydrostatique par couplage magnétothermique. Une modélisation de la distribution des forces locales mettant en mouvement le ferrofluide ainsi que la mise en place d'outil permettant la caractérisation des ferrofluides sont également présentées. Les efforts de caractérisation se sont concentrés sur la rhéologie, au regard du champ magnétique, du cisaillement et de la température, ainsi que sur le comportement magnétique du ferrofluide à différentes températures. / The Electrical Engineering in general and power electronics, in particular, plays an increasingly important role in embedded systems. The reliability of electronic systems strongly depends on the management of their temperature. Cooling systems today are heavy, bulky, and consumers of energy, which is in disagreement with embedded systems. It is therefore necessary to look for new systems, more reliable, lighter and use less energy. The subject of this thesis focuses on the use of ferrofluids, magnetic colloidal suspensions at low Curie temperature, the magnetic properties vary strongly with temperature between ambient and one hundred degrees Celsius, for use as coolant in cooling systems. The magnetic properties strongly dependent on the temperature of such fluid allow the actuation of the latter by the action of a magnetic field coupled at a temperature gradient so that all solid parts are stationary. The cooling system is no longer subject to the wear of the pump for the circulation of the coolant. The system is thus globaly more reliable and less energy consuming. The energy for moving the ferrofluid being extracted directly losses components. The behavior of ferrofluids is too little known today to design and optimize a pump magneto static. A major effort of modeling and characterization should be conducted. This manuscript presents a practical study verifying the principle of hydrostatic pressure created by magnetothermal coupling. A modeling of the distribution of local forces by moving the ferrofluid and the development tool for the characterization of the ferrofluids are also presented. Characterization efforts focused on rheology, under the magnetic field, shear and temperature, as well as on the magnetic behavior of the ferrofluid at different temperatures.

Les axicons ont mené à de nombreux articles dans la littérature depuis l'invention de ce terme. Toutefois, ce n'est que récemment que les axicons coniques sont devenus populaires et fréquemment utilisés en laboratoire. Ces éléments, le plus souvent de profil conique, sont généralement fabriqués en verre, ce qui rend impossible de varier l'angle du cône, paramètre le plus critique dans la formation du faisceau de Bessel. Gagner ce degré de liberté permettrait de varier la taille et la longueur du faisceau de Bessel dynamiquement. Cela ouvrirait la porte à de nouvelles applications et permettrait de faire plusieurs expériences en n'achetant qu'un seul axicon. Le miroir déformable ferrofluidique sur lequel notre groupe de recherche travaille depuis plusieurs années pourrait générer un tel axicon en réflexion. Contrairement aux autres miroirs déformables sur le marché, ce miroir atteint de grandes amplitudes de déformations et ne génère pas d'hystérésis, ce qui explique pourquoi les miroirs déformables conventionnels n'ont pas déjà conduit à un axicon déformable satisfaisant. Ce mémoire détaille un peu de théorie utile, mais surtout les simulations et les expériences qui ont mené au résultat final. Nous avons produit un axicon conique en réflexion dont l'angle varie de 0.004 à 0.157 degré. Il est donc possible de faire un axicon dont l'angle varie linéairement et de façon continue en utilisant un miroir déformable ferrofluidique. Des travaux futurs pourront agrandir la plage d'angles atteinte par le miroir et peut-être produire d'autres formes d'axicon variable comme des axicons elliptiques ou logarithmiques.

La multiplication des besoins des utilisateurs dans le domaine des télécommunications a conduit à une surexploitation du spectre de fréquence. Ceci a engendré la raréfaction des bandes de fréquence conduisant à une nécessité de gestion rationnelle des fréquences. Des contraintes ont été rajoutées aux systèmes d'émission / réception et en particulier sur les filtres pour éviter la saturation des services. Dans cette thèse, les travaux s'orientent surtout vers la conception de résonateurs, de filtres planaires et volumiques (3D) accordables dans le domaine des fréquences millimétriques (>= 30 GHz) en utilisant une nouvelle technique d'accordabilité basée sur des principes microfluidiques. Il s'agit d'une nouvelle approche d'agilité qui consiste à faire circuler de la matière (liquides conducteur, diélectrique ou magnétique) dans un substrat diélectrique par le biais de micro canaux. Le substrat diélectrique utilisé, est une résine SU-8 qui offre une souplesse dans la réalisation des micros canaux et des structures volumiques grâce à son bon facteur de forme (≈ 50%). La circulation de liquides dans le substrat, permet de modifier localement les propriétés électromagnétiques du milieu, ce qui conduit à une modification de la fréquence de résonance du dispositif.

La multiplication des besoins des utilisateurs dans le domaine des télécommunications a conduit à une surexploitation du spectre de fréquence. Ceci a engendré la raréfaction des bandes de fréquence conduisant à une nécessité de gestion rationnelle des fréquences. Des contraintes ont été rajoutées aux systèmes d’émission / réception et en particulier sur les filtres pour éviter la saturation des services. Dans cette thèse, les travaux s’orientent surtout vers la conception de résonateurs, de filtres planaires et volumiques (3D) accordables dans le domaine des fréquences millimétriques (>= 30 GHz) en utilisant une nouvelle technique d’accordabilité basée sur des principes microfluidiques. Il s’agit d’une nouvelle approche d’agilité qui consiste à faire circuler de la matière (liquides conducteur, diélectrique ou magnétique) dans un substrat diélectrique par le biais de micro canaux. Le substrat diélectrique utilisé, est une résine SU-8 qui offre une souplesse dans la réalisation des micros canaux et des structures volumiques grâce à son bon facteur de forme (≈ 50%). La circulation de liquides dans le substrat, permet de modifier localement les propriétés électromagnétiques du milieu, ce qui conduit à une modification de la fréquence de résonance du dispositif. / The proliferation of user needs in the field of telecommunications, has led to overexploitation of the frequency spectrum. This led to the scarcity of frequency bands leading to a need for efficient management of frequencies. Constraints were added to the transmitting / receiving systems and in particular on the filters to prevent the saturation of the services. In this thesis, work is mainly oriented towards the design of resonators, planar and volumetric (3D) tunable filters in the field of millimeter wave frequencies (> = 30 GHz) using a new tunable technique which is microfluidic. This is a new approach to agility which consists of circulating the material (conductive, dielectric or magnetic liquids) in a dielectric substrate through micro channels. The dielectric substrate used is a resin SU-8 which provides flexibility in the implementation of microchannels and volumetric structures thanks to its good form factor (≈ 50%). The circulation of fluid in the substrate allows to locally modifying the electromagnetic properties of the medium. This leads to a change in the resonant frequency of the device.

Les suspensions colloïdales magnétiques sont utilisées dans de nombreuses applications pratiques. Toutefois, leurs propriétés structurales et dynamiques, en particulier en présence d'un champ appliqué, restent mal connues. Dans ce but, nous avons adopté une approche qui couple une modélisation par simulation numérique de dynamique brownienne à plusieurs techniques expérimentales sur des dispersions aqueuses préparées «sur mesure». L'emploi de la diffusion de rayonnement, en particulier de neutrons, a permis d'une part, l'élucidation de la structure locale et d'autre part, l'examen de la dynamique de translation à plusieurs échelles. L'effet d'un champ extérieur a été mesuré et évalué parallèlement par la simulation numérique. De plus, la dynamique de rotation a été sondée par la relaxation de biréfringence magnéto-optique. La confrontation des résultats expérimentaux et de simulation numérique complète la compréhension du système, soulignant le rôle des interactions dipolaires.