L’objectif de la thèse est de développer un système de type jonction tunnel tout oxyde à base de La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) où il serait possible de contrôler l’aimantation des électrodes magnétiques par des processus à faible consommation d’énergie. Des jonctions tunnel épitaxiées de LSMO/SrTiO3/LSMO ont été obtenues montrant un double renversement de l’aimantation à température ambiante et un taux de magnétorésistance de 71 % à 10 K. En exerçant une contrainte sur le LSMO par le substrat il a été possible de moduler l’anisotropie des couches magnétiques. Des anisotropies perpendiculaire ou dans le plan ont pu être obtenues. Afin de contrôler le renversement des moments magnétiques dans une des électrodes ferromagnétiques trois options ont été envisagées : l’utilisation de l’injection de spin à partir d’un métal à fort couplage spin-orbite (Pt, Ir) ou d’un oxyde contenant de tels ions (ici Ru dans SrRuO3), et l’utilisation du Bi2FeCrO6, un oxyde multiféroïque pouvant présenter un couplage magnétoélectrique. Malgré des résultats prometteurs, aucune solution n’a permis des tests sur des jonctions afin d’estimer leur efficacité. L’objectif final n’est pas encore atteint mais des avancées intéressantes ont été faites afin d’envisager des dispositifs permettant le stockage et la manipulation de l’information. / The objective of this work is to develop La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) based all-oxide magnetic tunnel junction systems where it would be possible to control the magnetization of magnetic electrodes by low energy consumption processes. Epitaxial tunnel junctions of LSMO/SrTiO3/LSMO were obtained showing a double magnetization switching at room temperature and a magnetoresistance ratio of 71 % at 10 K. Using strain engineering, it was possible to modulate the anisotropy of the LSMO magnetic layers. Perpendicular or in plane anisotropies could be thus obtained. In order to control the reversal of the magnetic moments in one of the ferromagnetic electrodes three options were considered : the use of spin injection from a metal with a strong spin-orbit coupling (Pt, Ir) or an oxide containing this type of ions (here Ru in SrRuO3), and the use of Bi2FeCrO6 multiferroic oxide that may exhibit a magnetoelectric coupling. Despite promising results, no solution has allowed tests on junctions to be carried out to estimate their effectiveness. Although the final objective is not yet achieved, interesting progress has been made on the way to information storage and manipulation devices.

Les capteurs magnéto-électrique (ME) sont une alternative prometteuse pour mesurer de faibles signaux magnétiques. Précédemment le choix était généralement de déposer des couches minces magnétostrictives sur un matériau piézoélectrique massif conduisant à des systèmes macroscopiques de taille milllimétrique. L’intégration de ces systèmes dans des MEMS (micro-electro-mechanical systems) requiertà la fois de résoudre les problèmes d’intégration de matériaux actif sur silicium, et de mesurer des petits signaux étant donné l’importante réduction de la réponse du système lorsqu’il est miniaturisé.Dans cette optique, le premier objectif de ce travail de thèse a été d’intégrer un matériau piézoélectrique sur un substrat de silicium tout en conservant une excellente qualité cristalline. Pb(Zr ₀ , ₅ ₂Ti ₀ ,₄₈)O₃ (PZT) a été retenu pour ces excellente propriétés piézoélectriques. L’intégration de la couche mince ce fait sur silicium qui est le substrat de prédilection pour la fabrication de microsystèmes avec les procédés microélectroniques standards. La qualité cristalline des matériaux actifs est directement corrélée aux couches d'adaptation utilisées pour obtenir une bonne qualité cristalline sur silicium. Pour cel l'intégration d'une tricouche composée de zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ), d'oxyde de cérium (CeO₂) et de SrTiO₃ permet ensuitela croissance des pérovskites d'intérêt pour le dispositif. Le choix de l’électrode conductrice inférieure (SrRuO₃ ou La ₀ ,₆₆Sr₀₃₃MnO₃ dans le cas présent) permet de contrôler l’orientation de la maille de PZT.Une première étude des propriétés piézoélectriques de la couche mince de PZT sous la forme d’une poutre libre pour son intégration dans un système magnétoélectrique a été réalisé. La mesure de la déformation de la poutre induite par l'application d'une tension électrique permet d'extraire un coefficient d₃₁ de -53pmV⁻¹, valeur inférieure au matériau massif mais à l'état de l'art dans ce type de dispositif. Dans une seconde étape, l’utilisation de la poutre comme résonateur à été étudiée. L’étude dynamique du système a permis d'obtenir la fréquence de résonance et le facteur de qualité. Le déplacement de la fréquence caractéristique du système en fonction d'une contrainte induite par une tension DC a été investigué. Enfin, l'ajout d'une couche de matériau magnétostrictif (TbFeCo) sur la poutre a finalisé la structure du capteur. Le capteur ainsi obtenu a été caractérisé et une sensibilité d’une dizaine de micro Tesla a été obtenue. / Magneto-electric (ME) sensors have been demonstrated as a promising alternative for the detection of weak magnetic signals with high sensitivity. To date, most applications focused on the use of bulk piezoelectric materials on which magnetostrictive thin films are deposited leading to millimeter-sized devices. The integration of such devices into micro-electro-mechanical systems (MEMS), bringing smaller size and lower power consumption, involves addressing several scientific issues ranging from the integration of active materials on silicon to the strong reduction in amplitude of generated signals related to the size reduction of the sensor.In this context, the first goal of this thesis work was to integrate high crystalline quality piezoelectric thin films on silicon.Pb(Zr ₓTi ₁ ₋₁)O₃ (PZT) with a morphotropic composition (x=0.52) having high electromechanical coupling factor was chosen. Silicon is a necessary template as it allows for the use of conventional clean room processes for the realization of the microsystem. The crystalline quality of the active films is directly linked to the buffer layers that promote the crystalline growth on silicon. For this purpose, Yttria-stabilized Zirconia (YSZ) was used in combination with CeO₂ and SrTiO₃ to allow further growth of epitaxial perovskites. The choice of the bottom electrode material (SrRuO₃ or La ₀ ,₆₆Sr₀₃₃MnO₃ in this work) further tunes the crystalline orientation of the PZT layer.To probe the potential of such PZT thin films for ME devices, the first step was to characterize the electromechanical properties of this material in a free standing cantilever structure. Under an applied electric field, the measured displacement of the epitaxial PZT-based cantilevers is characterized by a coefficient d₃₁ =-53pmV⁻¹ , a reduced value with respect to the bulk material but that can be enhanced by further optimizing the film growth. The second step consists in ascertaining the ability of the cantilever to be used as resonator. For that purpose, first characterizations of oscillators have been performed to extract the resonant frequencies and the associated quality factors. Then, the resonant frequency shift with DC bias-induced stress was measured. Finally, a magnetostrictive layer of TbFeCo was added on the PZT cantilevers to sense magnetic field based on the ME effect. The resulting resonant frequency shift with external applied magnetic field was characterized with a typical sensitivity of 10’s of µT.

Aujourd'hui se pose une question fondamentale sur le futur de l'électronique actuelle. De plus en plus, des circuits hybrides intégrant de nouvelles fonctionnalités sont fabriqués. On envisage même, à plus long terme, des circuits basés sur une technologie différente de l'approche CMOS utilisée actuellement. Une de ces technologies est la spintronique qui tire profit du spin, degré de liberté supplémentaire de l'électron. Elle a rapidement fait ses preuves par le passé dans le stockage non volatile binaire (disques durs) et s'oriente aujourd'hui vers de nouvelles mémoires magnétiques ultra-performantes et basse consommation les MRAMs (Magnetic Random Access Memories). En parallèle, une nouvelle catégorie de matériaux à fort potentiel a émergé : les matériaux bidimensionnels (2D). Ces matériaux, dont le fer de lance est le graphène (une couche d'un atome d'épaisseur de graphite), offrent de nouvelles propriétés inégalées. Leur combinaison via la fabrication d'hétérostructures et la capacité d'avoir un contrôle de leur épaisseur à l'échelle atomique pourrait devenir un atout majeur en électronique et plus particulièrement en spintronique. L'objectif de cette thèse a été l'étude de l'intégration et la démonstration du potentiel en termes de fonctionnalités et de performances de ces nouveaux matériaux 2D au sein de jonctions tunnel magnétiques (MTJs), le dispositif prototype de la spintronique. Au cours de cette thèse, nous avons poursuivi les travaux initiés au laboratoire sur l'intégration dans des MTJs du graphène obtenu via une méthode de dépôt CVD (dépôt chimique en phase vapeur) directe sur l’électrode ferromagnétique inférieure. Nous avons démontré que les propriétés de filtrage en spin et de membrane protectrice contre l'oxydation de l'électrode ferromagnétique (FM) sous-jacente s'étendaient à une unique couche de graphène. Par ailleurs, nous avons aussi pu étudier et améliorer significativement l'amplitude du filtrage en spin et du signal de magnétorésistance observé via l'optimisation des procédés de croissance et d'intégration et le choix de différentes configurations de matériaux ferromagnétiques (Ni(111), Co...). De forts effets de filtrage de spin ont ainsi pu être observés avec des magnétorésistances allant de -15% à plus de +80%, soit presque trois fois l'état de l'art. En parallèle, nous nous sommes aussi intéressés à un autre matériau 2D, le nitrure de bore hexagonal (h-BN), isolant isomorphe du graphène qui s'apparenterait à une barrière tunnel d'un seul atome d'épaisseur. Afin d’étudier le h-BN dans une MTJ, nous avons décidé d’exploiter à nouveau le principe d’une croissance directe par CVD du matériau 2D sur le matériau FM. Des mesures CT-AFM (Conductive Tip Atomic Force Microscopy) nous ont permis de démontrer les propriétés de barrière tunnel homogène du h-BN ainsi que le contrôle possible de la hauteur de barrière avec le nombre de couches de h-BN. De plus, des mesures électriques et de magnétotransport nous ont permis de confirmer l’intégration réussie de la barrière tunnel h-BN dans notre MTJ. Nous avons pu obtenir les premiers résultats de forte magnétorésistance pour du h-BN avec une amplitude de la magnétorésistance de +50%, plus d'un ordre de grandeur au-dessus de l'état de l'art, révélant le potentiel du h-BN. Nous avons enfin aussi pu démontrer l'importance du couplage entre le h-BN et l'électrode FM offrant un potentiel de contrôle inédit sur les effets de filtrage en spin et allant jusqu'à rendre le h-BN métallique. Lors de cette thèse, nous avons pu montrer que l’intégration du graphène et du h-BN dans des MTJs via la croissance directe par CVD est un procédé privilégié pour tirer pleinement profit de leurs propriétés. Les résultats obtenus de forte magnétorésistance et de filtrage en spin laissent entrevoir le fort potentiel du graphène, du h-BN mais aussi des autres nouveaux matériaux 2D à venir pour les MTJs. Ces études ouvrent une nouvelle voie d’exploration pour les MTJs : les 2D-MTJs. / Nowadays a critical issue is raised concerning the future of current electronics. Increasingly, hybrid circuits with new functionalities are manufactured. A longer term approach is even contemplated with circuits based on a technology different from the one currently used (CMOS technology). One of these envisioned technologies is spintronics, which benefits from the spin properties, the electron additional degree of freedom. Spintronics has quickly proven its worth in the past in the field of non volatile data storing (hard drives) and is today moving towards new fast and ultra-low-power magnetic random access memories the MRAMs. Meanwhile, these last few years, a new category of materials with high potential has emerged : the bidimensional materials (2D). These materials, with graphene (one atomically thick layer of graphite) as the forerunner, provide new unrivaled properties. Their combination in the form of heterostructures and the ability to obtain a control of their thickness at the atomic scale could be a major asset for electronics and more specifically spintronics. The purpose of this thesis has been the study of the integration and the demonstration of the potential in terms of functionalities and performances of these new 2D materials inside the prototypical spintronic device: the magnetic tunnel junction (MTJ). During this thesis, we have pursued the work initiated by the laboratory on the integration of graphene in MTJs with direct CVD deposition method (chemical vapor deposition) on the underlying ferromagnetic electrode. We demonstrated that the spin filtering and protective membrane properties (preventing the oxidation of the underlying ferromagnetic electrode (FM)) observed earlier expand to a graphene monolayer. Furthermore, we have also studied and improved significantly the amplitude of the spin filtering and the magnetoresistance signal observed. This was done thanks to the optimization of the growth process, integration, and choice of the different configurations of ferromagnetic materials in our structures (Ni(111), Co...). High spin filtering effects have been observed as a function of the configurations with magnetoristances ranging from -15% to beyond +80%, which is almost three times the state of the art. Meanwhile, we looked at another 2D material, the hexagonal boron nitride (h-BN), an insulating isomorph of graphene which could be considered as an atomically thin tunnel barrier. In order to study h-BN into a MTJ, we took again advantage of direct CVD growth of the 2D material on a ferromagnet. CT-AFM (Conductive Tip Atomic Force Microscopy) measurements allowed us to demonstrate the homogeneous tunnel barrier properties of h-BN and the possible control of the barrier height with the number of h-BN layers. Simultaneously, electrical and magnetotransport measurement in the complete junction allowed us to confirm the achieved integration of the h-BN tunnel barrier into our MTJ. We have been able to obtain the first results of high magnetoresistance for h-BN with values one order of magnitude beyond the state of the art. A magnetoresistance of +50% has been reached, thanks to the optimization of the growth process revealing the potential of h-BN. We have also been able to show the important role of the coupling between h-BN and the FM electrode offering an unprecedented potential of control on the spin filtering effects, ranging up to making the h-BN metallic. During this thesis, we have been able to demonstrate that the integration of graphene and h-BN in MTJs through direct CVD growth is a promising process in order to fully exploit their properties. The results obtained of high magnetoresistance and spin filtering point to the high potential for MTJs of graphene and h-BN but also to all the new 2D materials to come. These studies pave the way for exploring a new path for MTJs : the 2D-MTJs.

La détection des très faibles valeurs de champ magnétique est un enjeu important pour l’émergence à plus grande échelle de techniques pour le domaine du médical telles que la magnéto cardiographie, ou la magnétoencéphalographie. Les solutions existantes industrialisées reposent sur l’utilisation de jonctions tunnels supraconductrices qui permettent de fabriques des SQUIDS (Superconducting Quantum Intereference Device) qui sont les briques de base des magnétomètres avec des sensibilités de l’ordre de la dizaine de femtotesla. Cependant cette approche impose de travailler à des températures très basses qui ne sont accessibles qu’avec de l’hélium liquide. Un approche récente, développée par le Spec-CEA permet de travailler à l’azote liquide (77K) ce qui lève un certain nombre de contraintes. Le dispositif est un capteur mixte composé d’une boucle supraconductrice de grande taille qui contient une constriction de taille micrométrique sur laquelle est rapportée une magnétorésistance tunnel qui sert de sonde locale du champ magnétique. L’objectif du travail dans ce travail de thèse est de poursuivre le développement de ce type de capteur en utilisant visant des structures tout oxyde. En effet l’intégration complète de ce type de capteur permettrait de gagner encore en termes de performances et d’atteindre une résolution de l’ordre du femtotesla. Pour ce faire le travail vise à intégrer une jonction tunnel tout oxyde directement par épitaxie sur la constriction. La jonction tunnel sera réalisée à partie d’oxydes magnétiques tels que les composés LaSrMnO3 ou SrRuO3 qui sont deux matériaux ferromagnétiques à la température de l’azote liquide. / Sensing of extremely weak magnetic signals, such as produced by electrical activity of the human heart and brain, still remains a challenge. A very promising alternative to established field-sensing techniques is a novel, spin electronic based, ultrasensitive device called an all-oxide mixed sensor. It is formed by a superconducting loop, acting as a flux-to-field transformer and field amplifier, combined with a magnetic tunnel junction sensing the field.Our research activities have the goal to improve the performance of the mixed sensor, focusing on its core component – the magnetic tunnel junction (MTJ). The capability of an MTJ is predominantly determined by the quality of the tunnel barrier and by the stability of magnetization states. In this context, oxide materials, known for their remarkable physical properties, have already shown their advantages. Thus, studies on La0.7Sr0.3MnO3/SrTi0.8Nb0.2O3 functional oxide interfaces, exploration of SrRuO3/ La0.7Sr0.3MnO3 exchange bias system, and the final integration of these two components into a magnetic tunnel junction form the main part of our work.In the presented thesis, oxide thin films and heterostructures used for studies were grown by pulsed laser deposition (PLD). We fabricated electronic devices for investigations using clean room microfabrication techniques , e.g. optical lithography, chemically assisted ion beam etching (CAIBE) and sputtering. Temperature dependent magnetic and (magneto-) transport measurements were performed.Metal-semiconductor interfaces formed by the half-metallic ferromagnet La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO) and heavily doped semiconductor SrTi0.8Nb0.2O3 (Nb:STO) were studied. Antiferromagnetic coupling at the interface of the LaSrMnO3 and itinerant ferromagnet SrRuO3 was explored. Magnetic tunnel junctions with Schottky barrier were investigated (MTJs with Nb:STO and LSMRO).

Compte tenu du contexte économique du marché des hydrocarbures et les problématiques environnementales, le développement des véhicules électriques (VE) prend de l’ampleur car ils sont considérés comme plus écologiques. Aujourd’hui, les véhicules électriques sont considérés comme une solution favorable pour une énergie plus verte. L'électricité qu'ils consomment peut être générée à partir d'un large éventail de sources qui comprennent les combustibles fossiles, l'énergie nucléaire et les énergies renouvelables. Toutefois, les utilisateurs et les propriétaires de véhicules électriques ont encore des réticences car cela nécessite un stockage d'énergie électrique à bord pour assurer une bonne autonomie.Le système de transfert de puissance par effet inductif (LIPT en anglais) est une nouvelle technologie qui permet le transfert d'énergie électrique par champ magnétique et un système de bobines primaires et secondaires. Le champ magnétique est un champ haute-fréquence à plusieurs dizaines de kilohertz. Par rapport au système de câble conventionnel, le système LIPT est capable de fournir une recharge qui est pratique mais également efficace des véhicules électriques. Cependant, actuellement son principal facteur limitant est la mauvaise performance de sa structure de couplage magnétique (MCS). L’objectif de cette thèse est d'améliorer la performance des systèmes MCS pour les systèmes de LIPT afin de concevoir des systèmes à meilleur rendement.Dans un premier temps, sur la base de modèles mathématiques issus de la littérature, un code Matlab a été mis en œuvre pour calculer l'inductance mutuelle des systèmes de bobines mise en jeu dans le MCS. Puis, le calcul et la validation expérimentale des champs magnétiques entre le primaire et le secondaire a été effectué.Dans un second temps, un modèle d'un système LIPT pour la charge d’une batterie de véhicule électrique est présenté. Sur la base des spécifications techniques d’une Renault ZOE, les résultats obtenus montrent que, en adaptant la fréquence de la bobine primaire et en compensant avec un système série-série de condensateurs, un système à 3 kW et un système à 22 kW peuvent atteindre des performances permettant la recharge d’une Renault Zoe dans de bonnes conditions.Enfin, une analyse par éléments finis (FEA) sous COMSOL est développée pour la conception, le calcul et l’optimisation de systèmes MCS plus complexes de nouveaux LIPT. Les modèles de MCS conçus intègrent des bobines d'air évidées avec des configurations appropriées de noyaux magnétiques (par exemple en ferrite), avec des études également sur des parties couvrantes des bobines primaires et secondaires en acier. Les performances des modèles conçus sont déterminées par les valeurs de l'inductance mutuelle et la tension induite qui sont deux critères d’évaluations. / Taking into account high oil prices and environmental awareness, the development of electric vehicles (EVs) is considered as a healthier mode of transportation. Amongst other eco-friendly vehicles, EVs are considered as a favourable solution for a greener energy because the electricity they consume can be generated from a wide range of sources which include fossil fuel, nuclear power and renewable energy. However, users and owners of EVs feel uncomfortable because EVs require sufficient electrical energy battery storage on-board to provide sufficient driving autonomy.Lumped inductive power transfer (LIPT) system is a new technology that allows the transfer of electric power between its air-cored primary and secondary coils via high frequency magnetic fields to a consuming device. Unlike the conventional plug-in system, LIPT system is capable of providing a safe, efficient and convenient overnight recharging of EVs. However, its main limiting factor is the poor performance of its magnetic coupling structure (MCS), which is intended to transfer power efficiently. Thus the problem statement of this thesis is to improve the performance of MCS models for LIPT systems.Firstly, based on a more efficient and relevant mathematical model available in the literature, MATLAB code is implemented to compute the mutual inductance between air-cored filamentary circular (FC) coils. Also, the computation and experimental validation of the magnetic fields between two FC coils are presented.Furthermore, computational models of an IPT system for EV battery charge are presented in this thesis. Based on the technical specifications of Renault ZOE, the results obtained show that by supplying a higher frequency AC voltage to the primary coil of the MCS and compensating the primary and secondary sides of the air-cored coils with series-series capacitors, the 3 kW single-phase and 22 kW three-phase IPT systems modelled using MATLAB/Simulink are capable of delivering the electricity needed to power the Renault ZOE.Finally, in order to recommend a suitable and cost-efficient MCS model that can help transfer electric power more efficiently for the battery charging of EVs and E-bikes, a 3-D finite element analysis (FEA) package called COMSOL multiphysics is used to design, compute and investigate a more complex and realistic MCS model of LIPT systems. The designed MCS models incorporate air-cored coils with proper configuration of magnetic cores (e.g. ferrite), structural steel covering for the bottom part of the primary coil and top part of the secondary coil and lastly, iron plate which serves as a covering for the primary coil installed underground and the chassis or underbody structure of EVs. The performance of the designed models are determined by the values of the mutual inductance and induced voltage obtained from COMSOL.

Cette thèse présente les avancées dans l'étude des étoiles naines blanches magnétiques. L'étude des étoiles naines blanches en général, le state final d'évolution de près de 95% des étoiles de notre galaxie, permet d'obtenir de l'information cruciale sur leurs progéniteurs. Se pencher sur les propriétés des champs magnétiques des étoiles naines blanches par opposition à celles de leur progéniteur, beaucoup plus difficiles à observer en partie à cause de la faible intensité du champ, est bien plus réalisable. Plusieurs hypothèses ont été formulées afin de décrire l'origine et l'évolution de ces objets atypiques. Que les champs soient d'origine fossile suite à l'évolution d'une étoile isolée et conservation du flux magnétique, ou créés lors de la rotation rapide de la fusion de deux étoiles, il nous faut bien comprendre leur résultat, les naines blanches magnétiques, avant de pouvoir retracer leur évolution. Toutefois, les modèles de naines blanches magnétiques d'aujourd'hui reposent sur un nombre d'approximation, qui ne sont valides jusqu'à une relativement faible intensité de champ. Ceci a été la motivation derrière ce projet de doctorat. Nous avons implémenté un traitement des raies d'absorption utilisant le calcul des énergies de transition de l'atome d'hydrogène et d'hélium sous champs magnétiques arbitraires. Ces calculs, fournis par le groupe de l'université de Tübingen en Allemagne, ont utilisé une approche numérique à la résolution de l'Hamiltonien de l'atome d'hydrogène et d'hélium en présence d'un champ magnétique d'intensité arbitraire. Cet ajout aux modèles d'atmosphères permet de modéliser la position et l'intensité des raies d'absorption dans le spectre des étoiles. Une procédure de discrétisation de la surface visible de l'étoile nous permet de modéliser des champs magnétiques avec une géométrie arbitraire, tel qu'un dipôle décentré et incliné par rapport à l'observateur. Ces nouveaux outils ont été utilisés afin d'étudier en premier lieu un ensemble des naines blanches magnétiques avec une atmosphère riche en hydrogène. De ces résultats, nous avons déterminé une distribution de masse de ces étoiles, avec une masse moyenne significativement plus élevée que leurs homologues non-magnétiques, tels qu'attendu par les théories d'évolution binaires. Les informations extraites des différentes caractéristiques des distributions obtenues suite à cette analyse ne nous permettent cependant pas de favoriser une hypothèse d'évolution plutôt qu'une autre. Suite à ceci, celles avec une atmosphère riche en hélium ont été les prochaines à être analysées. Nous avons ainsi déterminé rigoureusement, pour la première fois, les paramètres magnétiques de ces étoiles riches en hélium. / This thesis presents advances in the study of magnetic white dwarf stars. The study of white dwarf stars in general, the final state of evolution of nearly 95% of the stars in our galaxy, provides crucial information about their progenitors. It is much more feasible to study the magnetic field properties of white dwarf stars as opposed to their progenitor stars, which are much more difficult to observe in part because of the weak field strength. Several hypotheses have been formulated to describe the origin and evolution of these atypical objects. Whether the fields are of fossil origin following the evolution of an isolated star and conservation of magnetic flux, or created during the rapid rotation of the merger of two stars, we need to understand their result, the magnetic white dwarfs, before we can trace their evolution. However, today's models of magnetic white dwarfs rely on a number of approximations, which are only valid up to relatively low field strengths. This was the motivation behind this doctoral thesis. We have implemented a treatment of the absorption lines using the calculation of the transition energies of the hydrogen and helium atom under arbitrary magnetic fields. These calculations, provided by the group of the University of Tubingen in Germany, used a numerical approach to the resolution of the Hamiltonian of the hydrogen and helium atom in the presence of a magnetic field of arbitrary intensity. This addition to atmospheric models allows to model the position and intensity of absorption lines in the spectrum of stars. A discretization procedure of the visible surface of the star allows us to model magnetic fields with an arbitrary geometry, such as an offset and inclined dipole. These new tools have been used to study first a set of magnetic white dwarfs with a hydrogen-rich atmosphere. From these results, we have determined a mass distribution of these stars, with an average mass significantly higher than their non-magnetic counterparts, as expected by the binary evolution theories. The information extracted from the different characteristics of the distributions obtained from this analysis does not however allow us to favor one evolutionary hypothesis over another. Following this, those with a helium rich atmosphere were the next to be analyzed. We have thus determined rigorously, for the first time, the magnetic parameters of these helium-rich stars.

Contexte: La cardiopathie ischémique (IHD) reste une cause majeure de mortalité en Amérique du Nord. La thérapie cellulaire cardiaque (CCT) a émergé comme une thérapie prometteuse pour aider à guérir certaines malades cardiaques. Parmi les cellulaires avec propriétés pluripotentes, les cellules stromales mésenchymateuses (MSC) sont prometteuses. Cependant, plusieurs questions demeurent non résolues et certaines défis empêchent l'application clinique de la CCT se dans l'IHD, tels que le faible taux de rétention cellulaire in situ, le suivi des cellules in vivo post-implantation et post-acheminements et l`apoptose. Ici, le traitement préliminaire des MSC avec des facteurs de croissance et leur couplage avec des nanoparticules (NP) seront étudiés comme des méthodes pour optimiser MSC. Méthodes: Des MSCs provenant du rat (rMSC) et du cochon (pMSC) ont été isolés à partir de moelle osseuse. Les rMSC ont été préconditionnées avec SDF-1a, TSG-6 et PDGF-BB, et ensuite soumises à une hypoxie, une privation de sérum et a un stress oxydatif. Des études de cicatrisation ont également été effectués avec rMSCs préconditionnées. En parallèle, de nouvelles NP ferromagnétiques liées aux silicones ont été synthétisées. Les NPs ont été couplées aux pMSCs suivant leur fonctionnalisation avec l`anticorps, CD44, un antigène de surface du MSC bien connu. Par la suite, les études de biocompatibilité ont été réalisées sur pMSC-NP et en incluant des tests des processus cellulaires tels que la migration, l'adhésion, la prolifération et les propriétés de la différenciation. Résultats: Parmi toutes les cytokines testées, PDGF-BB a démontré la plus grande capacité à améliorer la survie de MSC dans des conditions d'hypoxie, de privation de sérum et en reponse au stress oxydatif. La conjugaison de NP a atténué la migration et la prolifération des pMSCs, mais n`a pas changé leur capacité de différenciation. Enfin, la complexe du MSC-NP est détectable par IRM. Conclusion: Nos données suggèrent que de nouvelles stratégies, telles que traitement préliminaire de PDGF-BB et le couplage des nanoparticules ferromagnétiques, peuvent être considérés comme des avenues prometteuse pour optimiser les MSCs pour la CCT. / Background: Ischemic heart disease (IHD) remains a leading cause of mortality in North America. Cardiac cell therapy (CCT) has emerged as a promising therapy to help heal the damaged heart. Among the various candidates for stem-progenitor cells, Mesenchymal Multipotential Stromal/Stem Cells (MSC) is of great promise. However, there remain unresolved issues and challenges that prevent clinical application of MSC-based CCT in IHD. Among the latter, low cellular retention rate, in vivo cell tracking and post-delivery apoptosis. Here in, growth factor preconditioning and MSC coupling to nanoparticles are investigated as methods to optimize MSC. Methods：Lewis Rat MSC (rMSC) and pig MSC (pMSC) were isolated from bone marrow. Rat MSCs were preconditioned with SDF-1a, TSG-6 and PDGF-BB, and then subjected to hypoxia, serum deprivation and oxidative stress. Wound healing assays were also done with preconditioned rat MSCs. In parallel, novel ferromagnetic silicone core-shell nanoparticles (NP) were synthesized. Pig MSCs were coupled to NPs following functionalization of the NPs with an antibody to a well-recognized MSC surface antigen, CD44. Subsequently, biocompatibility studies were performed on the pMSC-NP complex and included testing of key cellular processes such as migration, adhesion, proliferation and differentiation properties. Results: Of all cytokines used, PDGF-BB showed greatest capacity to improve MSC survival under conditions of hypoxia, serum deprivation and oxidative stress. NP conjugation has mitigated effect on the migration and proliferation of pig MSC, but do not change the differentiation capacity of MSC. Finally, the MSC-NP complex was detectable by MRI. Conclusion: Our data suggest that novel strategies, such as PDGF-BB preconditioning and ferromagnetic nanoparticle coupling, can be considered as promising avenues to optimize MSCs for CCT.

Cette thèse de doctorat présente les résultats d'un relevé spectropolarimétrique visant la détection directe de champs magnétiques dans le vent d'étoiles Wolf-Rayet (WR). Les observations furent entièrement obtenues à partir du spectropolarimètre ESPaDOnS, installé sur le télescope de l'observatoire Canada-France-Hawaii. Ce projet débuta par l'observation d'un étoile très variable de type WN4 appelée EZ CMa = WR6 = HD 50896 et se poursuivit par l'observation de 11 autres étoiles WR de notre galaxie. La méthode analytique utilisée dans cette étude vise à examiner les spectres de polarisation circulaire (Stokes V) et à identifier, au travers des raies d'émission, les signatures spectrales engendrées par la présence de champs magnétiques de type split monopole dans les vents des étoiles observées. Afin de pallier à la présence de polarisation linéaire dans les données de polarisation circulaire, le cross-talk entre les spectres Stokes Q et U et le spectre Stokes V fut modélisé et éliminé avant de procéder à l'analyse magnétique. En somme, aucun champ magnétique n'est détecté de manière significative dans les 12 étoiles observées. Toutefois, une détection marginale est signalée pour les étoiles WR134, WR137 et WR138 puisque quelques-unes de leur raies spectrales semblent indiquer la présence d'une signature magnétique. Pour chacune de ces trois étoiles, la valeur la plus probable du champ magnétique présent dans le vent stellaire est respectivement de B ~ 200, 130 et 80 G. En ce qui concerne les autres étoiles pour lesquelles aucune détection magnétique ne fut obtenue, la limite supérieure moyenne de l'intensité du champ qui pourrait être présent dans les données, sans toutefois être détecté, est évaluée à 500 G. Finalement, les résultats de cette étude ne peuvent confirmer l'origine magnétique des régions d'interaction en co-rotation (CIR) observées chez plusieurs étoiles WR. En effet, aucun champ magnétique n'est détecté de façon convaincante chez les quatre étoiles pour lesquelles la présence de CIR est soupçonnée. / This thesis presents the results of a spectropolarimetric survey aimed at detecting directly the presence of magnetic fields in Wolf-Rayet (WR) stars. The search for the elusive WR fields began by observing the highly variable WN4 star EZ CMa = WR6 = HD 50896 and continued among a sample of eleven bright WR stars. All observations were obtained using the highly-efficient ESPaDOnS spectropolarimeter at the Canada-France-Hawaii telescope. The methodology used in this study attempts to detect the characteristic circular polarization (Stokes V) pattern in strong emission lines that is expected to arise as a consequence of a global magnetic field with a split monopole configuration. Since Stokes V data were affected by significant cross-talk from linear polarization to circular polarization, the spurious cross-talk signal was removed prior to applying the magnetic analysis. In the end, no magnetic fields are unambiguously detected in any of the observed stars. Nonetheless, the data show evidence supporting marginal detections for WR134, WR137 and WR138 for which the most probable field intensities, in the observable parts of the stellar winds, are B ~ 200, 130 and 80 G, respectively. In the case of non-detections, the average field strength upper-limit for the magnetic field is B ~ 500 G. Finally, this study cannot confirm the magnetic origin of co-rotating interaction regions observed in several WR stars since, out of 4 stars showing CIR-type variability, none showed decisive evidence for the presence of magnetic fields.

Ce mémoire présente une étude des méthodes de calcul de la force engendrée par les champs magnétiques sur les matériaux linéaires en magnétostatique et se propose d'en comparer les performances sur les matériaux de faibles perméabilité. Les démonstrations de ces méthodes sont abordées et les hypothèses mises en évidence. Pour discriminer les formulations, courants équivalents, masses magnétiques équivalentes, tenseur de Maxwell, dérivée de l'énergie, une expérience et les mesures associées sont conçues par calcul de champ. Un matériau spécifique, de faible module d'élasticité est également synthétisé. Plongé dans un champ magnétique, un volume de test de ce matériau se déforme. Chaque formulation permet d'obtenir une répartition des contraintes sur le volume. Pour chaque répartition, la déformation du volume est calculée. Chaque déformation est comparée à celle qui est obtenue expérimentalement. Il apparaît que les méthodes énergétiques sont les plus précises.

Résumé : Cette thèse porte sur l’élaboration d’un outil de capture d’ADN permettant d’identifier une mutation génétique (SNP) grâce à la formation de sandwichs avec des particules de carboxylatex biofonctionnalisées avec des oligonucléotides couplée à une détection de la fluorescence. Le modèle biologique choisi pour ce projet est le génotypage plaquettaire et plus particulièrement la recherche du gène biallélique HPA-1. Le principal objectif de ce travail a été d’optimiser un outil de capture préalablement développé dans l’équipe (Trévisan, 2011) afin de réduire le nombre d’étapes et de simplifier la mise en œuvre globale du test en modifiant les interactions moléculaires utilisée pour capturer l’ADN cible et en utilisant des particules fluorescentes comme élément de détection. En présence d’ADN cible, des sandwichs sont formés entre les particules fluorescentes et les particules magnétiques biofonctionnalisées. Ces sandwichs sont purifiés par séparation magnétique et la fluorescence est détectée par trois méthodes : la cytométrie en flux, l’imagerie de fluorescence et l’Evareader (détection par ondes évanescentes). Dans un premier temps, les paramètres de fonctionnalisation chimique et biologique des différentes particules (magnétiques et fluorescentes) ont été déterminés et optimisés ainsi que les conditions d’hybridation pour la capture de l’ADN cible. Ensuite, la formation des sandwichs et leur détection ont été suivies par des mesures de fluorescence en utilisant trois méthodes différentes : la cytométrie en flux, l’imagerie de fluorescence et l’Evareader (capteur à ondes évanescentes). Les résultats obtenus avec les différentes méthodes de détection sont concordants et montrent que l’outil de capture d’ADN développé permet de capturer la cible synthétique (oligonucléotide) HPA-1 en réduisant le temps d’analyse de 45 min. Dans nos conditions, le test permet de discriminer l’allèle a de l’allèle b du gène HPA-1 qui ne diffère que d’un nucléotide. Le rapport des signaux de fluorescence issus du sandwich spécifique et du sandwich non spécifique est d’environ 2,5 à 3. Ce rapport devra être amélioré par la suite, en optimisant les conditions de formation des sandwichs. La prochaine étape consistera à optimiser le système de capture d’ADN développé pour gagner en spécificité et déterminer la limite de détection du test. Ce test devra également être validé avec des échantillons biologiques. A plus long terme, la fluorescence pourra être détectée par un photodétecteur miniaturisé actuellement développé à l’Université de Sherbrooke. Des études préliminaires présentées dans ce manuscrit montrent les potentialités de ce nouveau transducteur. // Abstract : This thesis is about the development of a new assay to capture DNA. This assay is based on the formation of sandwiches between biofunctionnalized with oligonucleotides carboxylatex microparticles combined with fluorescence detection. It should be able to discriminate single nucleotide polymorphism (SNP). This assay is designed to be applied to platelet genotyping for the research of the gene HPA-1. The main goal of this work was to improve an assay previously developed (Trévisan, 2011) by INL and EFS Rhône-Alpes. The objectives are to reduce the number of steps and to simplify the test. To do so, the molecular interactions used in order to capture target DNA are modified and fluorescent microparticles are used for the detection. In the presence of target DNA, sandwiches are formed between both biofunctionnalized fluorescent and magnetic particles. Those sandwiches are purified through magnetic separation. Then, fluorescence is detected by three methods: flow cytometry, fluorescence imaging and Evareader (detection with an evanescent wave). First, chemical and biological parameters for the functionalization of the different particles (magnetic and fluorescent) are determined. The conditions for the capture of target DNA were optimized. Then, the formation and the detection of the sandwiches were estimated by measuring the fluorescence using three different methods: flow cytometry, fluorescence imaging and Evareader. The results obtained with the three methods are consistent. They show that the new system enables to capture synthetic target (oligonucleotide) HPA-1 with a reduction of total time analysis of 45 min. In our conditions, SNP can be discriminated for HPA-1 gene. For this discrimination, the fluorescence signal ratio about 2.5 to 3. This ratio should be improved by optimizing the conditions of sandwiches formation. Next step will consist in the optimization of the system developed to capture DNA in order to gain specificity and to determine the limit of detection. This test should also be validated with biological samples. In the long term, fluorescence could be detected by a miniaturized photodetector developed in the University of Sherbrook. Preliminary studies presented in this manuscript show the potentialities of this new transducer.