Dans l’aéronautique et plus précisément dans les avions tout électrique, l’objectif visé est de réduire les masses et volumes des composants. Pour cela, les actionneurs électriques remplacent progressivement les actionneurs hydrauliques et mécaniques. Ces actionneurs électriques ont besoin d’être commandés ; le projet THOR (projet européen dans lequel s’inscrit cette thèse) vise entre autres à développer un étage de commande permettant de piloter des interrupteurs de puissance. Les interrupteurs étant situés à proximité directe de l’étage driver et les tensions de sorties pouvant atteindre 3 kV, une isolation galvanique est obligatoire. Anciennement, les optocoupleurs étaient utilisés pour assurer l’isolation galvanique dans les étages de commande. Cependant, afin de pouvoir utiliser ces composants dans un environnement thermique contraignant et assurer une meilleure intégration, les opto-coupleurs ne sont plus adaptés et sont remplacés par des transformateurs. Dans ce contexte, s’inscrivent les travaux de cette thèse où l’objectif principal est de développer, réaliser et caractériser des transformateurs planaires intégrables répondant au cahier des charges THOR. Dans un premier temps, un état de l’art sur les différentes technologies de fabrication de transformateurs planaires est établi avant de choisir la technologie et les matériaux utilisés dans ces composants. Dans un deuxième temps, on s’intéresse au choix et au dimensionnement du transformateur. Deux structures répondant au cahier des charges THOR ont été retenues et dimensionnées à l’aide d’un logiciel de simulation (HFSS) : une structure entrelacée et une structure ‘face to face’. Ces deux structures ont été réalisées et caractérisées à l’aide d’un LCRmètre en basse fréquence et d’un Analyseur Vectoriel de Réseaux (VNA) en haute fréquence. Pour les deux structures, la caractérisation a permis de vérifier les valeurs des inductances magnétisantes supérieures à 1 μH souhaitées par le projet THOR et des facteurs de couplages supérieurs à 0,9 déterminées par simulation. D’autres paramètres importants du cahier des charges ont été également extraits à savoir la capacité interbobinage où des capacités inférieures à quelques pF ont été obtenues et des résistances d’enroulement inférieures à 10 Ω ont été relevées / In aeronautics and more specifically in an all-electric aircraft, the main objective is to reduce the mass and volume of the components. For this, the electric actuators gradually replace hydraulic and mechanical actuators. These electric actuators need to be commanded; THOR project (European project supporting this thesis) aims to develop a control stage to command the power switches. The switches are located in the direct vicinity of the driver stage with an output voltage that can reach up to 3 kV hence the need for a galvanic isolation. Formerly, the opto-couplers were used to provide galvanic isolation in the control stages. However, in order to use these components in thermal constraining environment and ensure better integration, opto-couplers are no longer appropriate and are replaced by transformers. In this context, the main objective of this thesis is to develop, realize and characterize integrated planar transformers that meet the THOR specifications. At first a state of art on the different manufacturing technologies of planar transformers is established before choosing the technology and the materials used in the fabrication of our planar transformers. In a second step, we are interested in the choice and size of the transformer structure. Two structures that met the THOR specifications were selected and resized using a simulation software (HFSS). Finally, these two structures were realized and characterized using an RLC-meter at low frequency and a Vector Network Analyzer (VNA) at high frequency. For both structures, the characterization allowed to verified the magnetizing inductance greater than 1 μH desired by the THOR project and a coupling factor greater than 0,9 obtained par simulations. Other important parameters were also extracted namely the inter-winding capacity where less than few pF wasobtained and the windings resistance has been identified less than 10 Ω

La capacité à détecter des micro-défauts ou des défauts profonds dans les pièces métalliques constitue un enjeu important pour l'industrie de l'aéronautique ou du nucléaire. La technique de contrôle non destructif (CND) par courant de Foucault est souvent utilisée pour cette application. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d'une collaboration ayant pour but la réalisation et l'intégration de micro-capteurs de champ magnétique basés sur l’effet de magnéto-impédance (MI) à des systèmes de détection par CND. Ces micro-capteurs de structure multicouche (ferromagnétique/conducteur/ferromagnétique) ont été élaborés en salle blanche par dépôt de films minces. Un traitement thermique sous champ magnétique a ensuite permis d’optimiser les propriétés du matériau et d’induire des anisotropies dans le plan des couches ferromagnétiques. Une méthode basée sur la double démodulation d’amplitude du signal de mesure a été proposée pour la caractérisation dynamique des capteurs. Les paramètres importants tel que la géométrie, l’anisotropie et la fréquence d’excitation ont été étudiés afin d’optimiser les caractéristiques. Les résultats ont montré la nécessité de polariser les capteurs en champ. Nous avons donc étudié la possibilité de réaliser, grâce à une technique de micromoulage épais, un microsolénoïde 3D et des travaux préliminaires sur l’intégration d'un capteur dans le microsolénoïde par transfert de film ont été effectués. Enfin, une étude théorique a été réalisée en tenant compte des résultats obtenus expérimentalement. Pour cela, le modèle de Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) a été implanté dans un code de calcul électromagnétique par éléments finis permettant de calculer l’impédance du capteur en fonction du champ magnétique appliqué. / The capability to detect micro-defects or buried flaws in the metallic parts is an important issue for the aerospace or nuclear industry. The technique of nondestructive testing (NDT) by eddy current is widely used for these applications. This thesis is part of collaboration project aimed at the realization and integration of magnetic field microsensors based on the magneto-impedance (MI) effect for the NDT detection systems. These multilayered structure microsensors (ferromagnetic/conductor/ferromagnetic) were realized in the clean room by thin film deposition method. A post-annealing step with magnetic field was then used to optimize the material properties and to induce magnetic anisotropy in the ferromagnetic layers. A method based on the double amplitude demodulation was proposed for the dynamic characterization of the sensors. The important parameters such as the geometry, the anisotropy and the driven frequency were studied in order to optimize the characteristics. The results showed that a bias field is necessary for the application. Therefore, we have investigated the possibility to realize, through thick micromoulding technique, a 3D microsolenoid and preliminary work on integrating a sensor in the microsolenoid by film transfer has been carried out. Finally, a theoretical study was investigated by taking into account the results obtained experimentally. For this purpose, the model of Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) has been implemented in an electromagnetic finite element calculation program in order to determine the impedance of the sensor as a function of the applied magnetic field.

Ce travail de thèse concerne la miniaturisation et l'intégration de composants magnétiques comme les inductances utilisées dans les convertisseurs DC-DC et les circuits haute fréquence. Cette thèse a pour objectifs : - de développer une méthodologie d'étude des inductances à couches magnétiques - de montrer la faisabilité de tels composants utilisant des couches épaisses de ferrite (50 à 500µm). Le contenu de notre document s'articule ainsi autour de trois axes : la simulation, la réalisation et la caractérisation. En simulation, le logiciel HFSS, nous a permis de concevoir, de prédire le comportement du composant et d'étudier l'influence des différents entrefers et épaisseurs du matériau magnétique. La réalisation fait appel aux différentes et nombreuses étapes micro technologiques qui sont décrites en détail. Ces étapes concernent les techniques de dépôt sous vide, les procédés de photolithographie, les techniques de dépôt électrolytique, les techniques de sciage et de collage. Enfin, la caractérisation des inductances réalisées a été effectuée en basses, moyennes et hautes fréquences respectivement au LCR mètre (20Hz à 1MHz), à l'impédance mètre (40Hz à 110MHz) et à l'analyseur vectoriel de réseaux (10MHz à 67GHz)

La construction de nouvelles architectures d'aimant moléculaire basé sur l'approche métal-radical repose sur la conception de nouvelles molécules radicalaires. Dans cette optique, notre stratégie s'est concentrée sur la synthèse de porphyrins incorporant des composés radicaux libres. En effet, les porphyrines sont des composés π conjugués qui devraient favoriser la délocalisation de spin et la transmission des interactions magnétiques sur l'entier macrocycle et de plus sur l'ensemble du composé obtenu. A cause de leur excellente stabilité dans une grande diversité d'environnements chimiques et leur capacité à coordonner avec des métaux de transitions, notre choix s'est porté sur les radicaux nitroxides. Dans cette thèse, une série de porphyrines contenant des tBUNO, nitronyl and imino nitroxide directement liés sur le squelette de la molécule ont été synthétisées. Les macrocycles obtenus ont été caractérisés par UV-Vis, Masse et RPE spectroscopie. De plus, durant ce travail, des intermédiaires réactionnaires intéressant ont été obtenus et caractérisés pour la première fois. Ce fut le cas pour la meso-tetrakis(4-formylphenyl)porphyrin et ses équivalents métallés pa le Cu(II) et le Mn(II). Ainsi que pour quelques précurseurs prometteurs de macrocycle tetrapyrroliques comme 2-(3,4-dicyanophenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-3-oxide-1oxyl, 2-(3,4-dicyanophenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl and 2-(4-benzaldehyde)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl. D'après ce que nous savons, ces composés représentent le premier exemple de porphyrines substituées par des nitronyl et imino nitroxide radical, ayant été caractérisées sans ambiguïté par des méthodes spectroscopiques / The preparation of Molecule-Based Magnets is based on the assembling carriers of magnetic moment. These may be the metal ions only with diamagnetic linkers or the metal ions connected through open-shell organic molecule. The building of novel Molecule-Based Magnets architectures following the metal-radical approach relies on the design of innovative open-shell organic molecular blocks. In this regard, we focus our strategy on the synthesis of porphyrins incorporating free radicals. Indeed, porphyrins compounds are π-conjugated systems which should favor spin delocalization and the transmission of the magnetic interactions on the overall macrocycle and further over the all architecture. Due to their excellent stability in a wide variety of chemical environments, and their abilities to coordinate with transition metal we focus our attention on nitroxide radicals. In this dissertation a series of porpyrin macrocycles were synthesized, bearing tBuNO, nitronyl and imino nitroxide covalently linked to the skeleton. Characterization was done by UV-Vis, Mass and EPR spectroscopy. Moreover during this work some interesting synthetic intermediates were obtained with good yield and characterize for the first time. This was the case for meso-tetrakis(4-formylphenyl)porphyrin and its corresponding metallated derivatives by Cu(II) and Mn(II). Some novel promising tetrapyrrolic macrocycle precursors bearing nitronyl and imino nitroxides free radicals as 2-(3,4- dicyanophenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-3-oxide-1-oxyl, 2-(3,4- dicyanophenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl and 2-(4-benzaldehyde)-4, 4, 5, 5-tetramethylimidazoline-1-oxyl. To the best of our knowledge, these compounds represent the first example of nitronyl and imino nitroxide substituted porphyrin derivatives that have been unambiguously characterized by spectroscopic techniques

Ce travail de thèse concerne la miniaturisation et l’intégration de composants magnétiques comme les inductances utilisées dans les convertisseurs DC-DC et les circuits haute fréquence. Cette thèse a pour objectifs : - de développer une méthodologie d’étude des inductances à couches magnétiques - de montrer la faisabilité de tels composants utilisant des couches épaisses de ferrite (50 à 500µm). Le contenu de notre document s’articule ainsi autour de trois axes : la simulation, la réalisation et la caractérisation. En simulation, le logiciel HFSS, nous a permis de concevoir, de prédire le comportement du composant et d'étudier l’influence des différents entrefers et épaisseurs du matériau magnétique. La réalisation fait appel aux différentes et nombreuses étapes micro technologiques qui sont décrites en détail. Ces étapes concernent les techniques de dépôt sous vide, les procédés de photolithographie, les techniques de dépôt électrolytique, les techniques de sciage et de collage. Enfin, la caractérisation des inductances réalisées a été effectuée en basses, moyennes et hautes fréquences respectivement au LCR mètre (20Hz à 1MHz), à l’impédance mètre (40Hz à 110MHz) et à l’analyseur vectoriel de réseaux (10MHz à 67GHz) / This thesis concerns the miniaturization and integration of magnetic components such as inductors used in DC-DC converters and high frequency circuits. This thesis aims to: - to develop a methodology for the study of magnetic layers inductors; - to show the feasibility of such components using thick layers of ferrite (50 to 500µm). The content of our document is structured around three axes: simulation, realization and characterization. In simulation, HFSS software allowed us to design, predict the behavior of the component and to study the influence of different air gaps and layers of magnetic material. The realization involves numerous and different micro technology steps which are described in detail. These steps are technical of vacuum deposition, photolithography processes, electroplating deposition techniques, techniques of sawing and sticking. Finally, the characterization of inductors achieved was done in low, medium and high frequencies respectively with a LCR meter (20Hz to 1MHz), an impedance meter (40Hz to 110MHz) and a vector network analyzer (10MHz to 67GHz)