Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire concernent la modélisation de lois statiques et dynamiques de matériaux dédiés à des applications de l'électrotechnique. Le titre de ce mémoire est volontairement plus général afin de montrer que ces travaux de recherche ne demandent qu'à être élargis. Les études traitées à ce jour portent sur la modélisation du comportement de matériaux magnétiques utilisés pour des dispositifs de l'électrotechnique. Une voie à venir sera de s'intéresser aux matériaux innovants et nouveaux dédiés aux applications de l'électronique de puissance et de prendre en compte les contraintes liées à leur environnement. Depuis plusieurs décennies, une course est lancée vers l'accroissement des performances technologiques et énergétiques des dispositifs du domaine du génie électrique. La miniaturisation, l'intégration, l'efficacité énergétique ou le fonctionnement avec des conditions sévères d'alimentation (formes d'onde de formes quelconques, fréquences élevées) ou de température auxquels sont soumis les convertisseurs électromagnétiques ou composants magnétiques sont autant de défis qui placent les matériaux au cœur de la conception de nouveaux prototypes. Un facteur apparu plus récemment qui résulte d'enjeux environnementaux et sociétaux tels que celui lié au développement durable vient renforcer la place occupée par les matériaux dans le domaine de l'ingénierie électrique. Concevoir des matériaux nouveaux ou innovants et les adapter au mieux au sein d'applications afin d'augmenter leurs performances est l'enjeu relevé par les ingénieurs, concepteurs, industriels et chercheurs du domaine du génie électrique. Dans cet objectif, il est important de posséder un outil d'aide à la conception de prototypes capables à représenter de façon fiable et réaliste les matériaux. Parmi les diverses approches de représentation de dispositifs électromagnétiques, la méthode basée sur du calcul de champs et celle fondée sur les Circuits Magnétiques Equivalents, constituent les méthodes les plus aptes à intégrer des lois réalistes de matériaux. Nos travaux s'inscrivent dans le cadre de ces deux approches. L'intégration d'un modèle d'hystérésis statique dans un code de calcul de champs de type éléments finis 2D a fait l'objet de nos premières activités lors de l'initiation de l'équipe matériaux du laboratoire. Nous ne détaillerons pas ces activités, seules nos contributions visant à améliorer les lois de matériaux pour leur intégration dans une modélisation par Circuit Magnétique Equivalent (CME) sont présentées dans ce mémoire. D'une façon générale, avant d'aborder l'implémentation de modèles de comportement de matériaux dans des codes de simulation de dispositifs électromagnétiques basés sur des approches diverses on doit se poser le problème de la définition de lois réalistes de matériaux. C'est dans ce cadre que se situent les activités de ce mémoire, issues du fruit d'activités de recherche personnelles ou d'équipe, ou bien de l'encadrement de travaux de thèses ou encore du résultat de collaborations industrielles. Notre cursus universitaire et notre environnement professionnel ont orienté nos activités vers des modélisations phénoménologiques des matériaux. Les modèles de lois de matériaux sur lesquels nous avons travaillés font intervenir des grandeurs macroscopiques et sont, par conséquent, transférables dans des outils de simulation employés en ingénierie ou en recherche. La modélisation du comportement des matériaux se situe à plusieurs niveaux selon les conditions de sollicitation du matériau (excitation en statique ou en dynamique) et le degré de précision réclamé pour la représentation. Nous verrons que la définition d'une loi statique précise de comportement du matériau constitue un préalable indispensable à l'élaboration d'une loi dynamique réaliste. Le premier chapitre de ce mémoire s'inscrit dans cet objectif et présente les outils que nous avons mis en place pour la représentation du comportement statique du matériau. Nos orientations ont deux visées : la première est de définir un modèle économe en paramètres, en gestion de données et temps de calcul avec l'idée sous-jacente d'une implémentation dans l'une ou l'autre approche de modélisation de dispositifs électromagnétiques ; la seconde privilégie la précision et la fiabilité du modèle. Nous verrons que concilier ces deux objectifs, constitue un réel défi. Les deuxième et troisième chapitres présentent les différentes représentations de comportement dynamique de matériaux élaborées. Nous avons volontairement scindé l'approche globale (deuxième chapitre) de l'approche aux dérivées partielles (troisième chapitre) afin de mettre en évidence la complémentarité des deux panoplies d'outils élaborées pour la représentation comportementale dynamique des matériaux. Le dernier chapitre s'intéresse à l'intégration des différents outils de représentation de matériaux mis en œuvre dans la modélisation de dispositifs électromagnétiques basée sur une approche par CME. L'apport des différents modèles de matériaux est mis en exergue au travers d'une application industrielle réelle. Pour terminer ce mémoire, nous conclurons sur les apports et les limitations des différents modèles mis en œuvre, puis nous définirons les perspectives engagées et à venir.

Les réseaux BAN (Body Area Network) révolutionnent le concept de la surveillance et de la prise en charge à distance de la santé du patient. Le BAN fournit des informations sur l'état de santé du patient en temps réel quelque soit l'endroit où il se trouve. Dans le « télé monitoring », des capteurs de mouvement, de respiration ou du rythme cardiaque placés à l'intérieur ou sur le corps humain transmettent des données via le réseau sans fil constituant le BAN, une antenne étant associée à chaque nœud du réseau. La communication peut être in/on, on/on ou on/off selon que les antennes sont placées à l'intérieur, sur ou à l'extérieur du corps. Le développement des BAN nécessite la réalisation de modèles (ou fantômes) simulant au mieux les propriétés électromagnétiques du corps humain. Des antennes portables, miniaturisées doivent être réalisées avec des contraintes d'intégration d'une part (aux vêtements, à des objets type montre ou badge), des contraintes de résistance ou de prise en compte de l'influence du corps d'autre part. La réduction de l'impact des antennes sur les tissus en terme de SAR (Specific Absorption Rate) doit également être considérée. Dans ce travail, l'objectif est de développer des fantômes valables pour les communications dans et sur le corps. Les matériaux de base sélectionnés sont d'origine biologique (biocéramiques et biopolymères) avec des propriétés proches de celles des tissus humains. Ces fantômes étant biocompatibles, ils sont essentiellement non toxiques alors que les fantômes usuels le sont en général. D'autre part, différents types d'antennes conformables, fonctionnant dans la bande ISM 2.4 GHz ont été développées et étudiées dans la perspective du BAN. Les antennes voient leur adaptation et leur efficacité chuter au contact ou à proximité du corps, ce qui constitue un écueil majeur pour établir une bonne communication. Différentes méthodes permettant de réduire l'influence du corps (plan de masse à l'arrière, surface haute impédance, feuille de ferrite polymère) sont testés et leurs avantages et inconvénients développés. Des mesures de SAR permettent aussi de démontrer l'efficacité de ces méthodes sur la réduction de la puissance absorbée par les tissus. Au final, ce travail apporte une contribution à l'étude théorique et expérimentale de l'interaction entre corps humain et antenne dans le cadre des réseaux BAN appliqués à la télésurveillance de la santé

De nos jours, la modélisation numérique constitue un outil indispensable pour le prototypage de convertisseurs électromagnétiques. Les matériaux magnétiques jouent un rôle essentiel dans la conversion de l'énergie, il est donc nécessaire de maîtriser leur comportement et leur représentation. L'objectif de ce travail s'inscrit dans ce cadre et s'attache à élaborer des lois réalistes de comportement de matériaux afin de les inclure dans des simulateurs de circuits. Concernant le comportement statique, le modèle de Jiles-Atherton a été implémenté puis adapté, simplifié et modifié afin d'en améliorer la précision et l'implémentation. La modélisation dynamique du matériau a été effectuée grâce au modèle DWM élaboré au laboratoire Ampère. Ce modèle intègre les effets dynamiques excédentaires grâce à une loi " dynamique de matériau " implémentée au sein de l'équation de diffusion magnétique. Ce modèle a été ensuite homogénéisé afin d'en améliorer son implémentation future dans un simulateur de circuit. Chacun des différents modèles a été testé et validé sur plusieurs échantillons.

Les moteurs électriques, les transformateurs, les électroaimants et autres appareils électriques nécessitent des matériaux qui sont en mesure de canaliser les lignes de champ magnétique tout en limitant les pertes qu’elles entraînent. Les matériaux utilisés à cet escient sont appelés matériaux magnétiques doux. Un des moyens utilisé pour limiter les pertes dans ces matériaux est d’augmenter leur résistivité. Pour y arriver, on unit des matériaux très résistifs à des matériaux ferromagnétiques. On obtient ainsi des composites magnétiques doux. Depuis plus de 100 ans, le type de composite magnétique doux le plus utilisé consiste en un empilement de tôles de fer laminées séparées par un matériau isolant. Ces matériaux sont très efficaces mais ont leur lot d’inconvénients. Depuis quelques années, une nouvelle technique s’appuyant sur la métallurgie des poudres a été développée. Elle consiste à envelopper des particules de fer d’un matériau isolant et de les compacter. On obtient ainsi un matériau qui peut être très résistif. Ce projet avait pour but de développer un composite magnétique doux à base de poudre métallique dont le matériau isolant serait de la ferrite NiZn nanométrique. Pour y arriver deux techniques ont été étudiées. La première consistait à recouvrir les particules de fer par placage de la ferrite et la seconde consistait à ajouter nanoparticules de ferrite NiZn à la poudre de fer. Les résultats ont permis de constater que les deux techniques pouvaient être utilisées pour le développement de composite magnétiques doux. Plus spécifiquement, on a obtenues des pertes magnétiques de 11,9 W/kg et de 93 W/kg à 60 Hz et 400 Hz respectivement pour les échantillons préparés par placage de la ferrite et de 13,5 W/kg et de 137 W/kg à 60Hz et 400 Hz respectivement pour les échantillons préparés par ajout de nanoparticules. / Electric motors, transformers, electromagnets and many other electric devices require materials that can provide a path for magnetic field lines while minimizing losses that they generate. Materials used for these applications are called soft magnetic materials. One way to minimize losses in such materials is to increase their resistivity. In order to do so, highly resistive materials are coupled with ferromagnetic materials. These are called soft magnetic composites. For more than one hundred years, the most common type of soft magnetic composite was made by stacking sheets of rolled iron separated by a thin layer of insulating materials. These were very simple and efficient but also had their share of drawbacks. During the last decades, a new technique based on powder metallurgy was developed. It consists in coating iron particles with an isolating material prior to compaction. This type of materials can be highly resistive. The objective of this project was to develop a soft magnetic composite using metal powders in which the insulating materials would be nanometric NiZn ferrite. Two different techniques were studied in order to achieve this goal. The first one consists in coating iron powders with NiZn ferrite using ferrite plating and the second one consists adding nanoparticles to iron powder. The results obtained throughout this study showed that these two techniques could certainly be used to develop metal powder based soft magnetic composites. More specifically, magnetic weight losses of 11,9 W/kg and 93 W/kg were obtained at 60 Hz and 400 Hz respectively for components prepared using the ferrite plating technique while losses of 13,5 W/kg and 137 W/kg were obtained at 60 Hz and 400 Hz respectively for components prepared by adding ferrite nanoparticles.

La première partie des travaux réalisés durant cette thèse a été dédiée à l'élaboration de composés de type LaFe13-xSix (1,2 < x < 2,3) par une méthode de synthèse qui, jusque là, n'avait pas encore été utilisée pour ce type de matériaux : la mécanosynthèse à haute énergie. Il a fallu déterminer les conditions de synthèse et de recuit optimales pour l'obtention d'échantillons monophasés. L'homogénéité de ces derniers a été systématiquement analysée par diffraction des rayons X et microsonde électronique. Les résultats ont montré qu'une microstructure plus fine favorise la formation de la phase désirée : un recuit de 30 minutes (au lieu de 30 jours pour les composés massifs) à 1373K sut à l'obtention d'un composé quasi-monophasé. Ceci représente un gain de temps non négligeable pour tous procédés industriels. D'après les mesures magnétiques eectuées, les composés synthétisés par broyage mécanique possèdent des propriétés magnétiques et magnétocaloriques similaires aux composés massifs. Ils présentent une transition métamagnétique des électrons itinérants induite par le champ ou la température. Leur température de Curie augmente avec le taux de Si, variant de 200K à 235K respectivement lorsque x varie de 1,4 à 2,0 alors que leur variation d'entropie magnétique diminue de 20 J/kg K à 4 J/kg K sous une variation de champ de 0-2 T. La deuxième partie de l'étude a consisté à améliorer les propriétés magnétocaloriques des composés intermétalliques en procédant à l'insertion d'atomes interstitiels tels que l'hydrogène ou le carbone. Conformément à la littérature, les mesures magnétiques ont montré une nette augmentation de la température de transition (jusqu'à température ambiante) dans les deux cas par effet magnétovolumique tout en conservant un eet magnétocalorique important. Les analyses par diffraction des neutrons en température effectuées sur les composés deutérés (hydrogénés) ont permis de suivre l'évolution des données cristallographiques ainsi que des moments magnétiques par atomes de Fe indépendamment des sites cristallographiques qu'ils occupent. Il ressort de cette étude que ces composés présentent un grand intérêt dans la recherche de futurs matériaux magnétocaloriques pour la réfrigération magnétique à température ambiante. Dans le cadre de l'exploration de nouveaux systèmes magnétocaloriques, les propriétés magnétiques et magnétocaloriques des composés Y1-xRxFe2D4;2 (R = Er et Tb) ont également été étudiés en couplant les analyses magnétiques avec les mesures de diffraction des neutrons en fonction de la température et du champ appliqué. Ces travaux ont mis en évidence l'influence importante de la nature et du taux de terre–rare substitué à l'yttrium sur l'eet magnétocalorique.

L'étude des propriétés de transport dans les matériaux magnétiques a débuté dans les années 1950. Le magnétisme intrinsèque à ce type de solide représente une source de diffusion supplémentaire par rapport aux matériaux non-magnétiques qui vient s'ajouter aux phonons et aux impuretés ou défauts cristallins du réseau. L'étude de la diffusion magnétique est plus complexe que les deux précédentes sources diffusives énoncées. Car d'une part l'influence de la diffusion magnétique induit des comportements différents de résistivité dus au matériau, selon que ce dernier est un métal ou un semi-conducteur. D'autre part, le type de magnétisme porté par la structure est également à l'origine de différents comportements de la résistivité magnétique. Dès les années 1950 de nombreux auteurs se sont concentrés sur l'étude des métaux et semi-conducteurs magnétiques. Il résulte des différents travaux que chacune des théories s'applique à un cas particulier et ne peut pas rendre compte de l'ensemble des comportements susceptibles d'être observés expérimentalement. A titre d'exemple, la résistivité des métaux magnétiques présente une évolution monotone fonction de la température (seule la dérivée par rapport à la température présente une singularité), alors que les semi-conducteurs magnétiques présentent un pic à la température critique (Tc), température séparant les phases d'ordre et de désordre magnétique. Ajoutons que les différentes interprétations concernant la diffusion magnétique autour de la température critique est encore un point controversé. Aussi, les théories disponibles à ce jour concernant l'étude du transport dans les matériaux magnétiques doivent être choisies en fonction du matériau étudié (type de structure, métal ou semi-conducteur, type de magnétisme). Une méthode générale, capable de rendre compte de l'ensemble des comportements de la résistivité quelle que soit la nature du solide (métal ou semi-conducteur) et du type de magnétisme fait aujourd'hui cruellement défaut. C'est à ce manque que nous avons souhaité répondre en premier lieu dans le cadre de cette thèse. En effet, le développement spectaculaire de la spintronique repose sur l'utilisation des semi-conducteurs magnétiques qui ne peut faire fi d'une compréhension rigoureuse des mécanismes de diffusion autour de la température critique. Notre démarche a consisté à utiliser la méthode numérique Monte Carlo Métropolis afin d'étudier ce problème sous un angle nouveau. Nous avons ainsi construit un algorithme qui s'applique à un Hamiltonien assez général du système. Grâce à cet Hamiltonien et avec un jeu de paramètres d'entrées appropriées, nous sommes en mesure par le biais de la méthode Monte Carlo Métropolis de reproduire de façon générique les tendances expérimentales présentes dans la littérature pour des semi-conducteurs ferromagnétiques et antiferromagnétiques, frustrés et non-frustrés. Egalement, la méthode permet une étude systématique de matériaux caractérisés expérimentalement avec prise en compte des unités afin de réaliser des comparaisons directes entre nos résultats de simulations et les mesures expérimentales, avec un bon accord de forme et de grandeur, par exemple dans le cas du semi-conducteur magnétique MnTe. Si cette thèse se limite à l'étude de matériaux semi-conducteurs, nos perspectives vont consister à étendre l'étude aux systèmes dilués DMS, très étudiés aujourd'hui, ainsi qu'aux problèmes de diffusion aux interfaces dans les dispositifs GMR, problématique qui soulève actuellement de nombreuses questions. A ce jour notre démarche est unique et semble capable de rendre compte des comportements de résistivité expérimentale en particulier pour le cas des semi-conducteurs, de fournir une nouvelle explication quant à la controverse liée aux mécanismes de diffusion électronique autour de la température critique. Ma contribution à ce travail a consisté à développer, en collaboration avec mon directeur de thèse le Pr. Hung The Diep, un algorithme pour l'étude du transport de spin. Grâce à cet algorithme, j'ai obtenu de nombreux résultats qui ont permis l'interprétation des différents résultats expérimentaux présentés dans ma thèse. Ma contribution principale à ce travail est : - Mise au point d'une méthode Monte Carlo avec des techniques permettant la réduction des fluctuations statistiques des échantillons (multi-step averaging) - Etude des différents types de matériaux ferromagnétiques et antiferromagnétiques non frustrés. Observation des comportements très marquants autour de Tc et à basse T: la dépendance de la forme du pic à Tc dépend de variables physiques bien identifiées (interactions : portée, nature ; temps de relaxation, réseau, ...) - Etude de l'effet de la frustration sur la résistivité. Effet d'une transition du premier ordre sur la résistivité. - Interprétation du comportement de la résistivité utilisant les données numériques notamment en terme de clusters et de temps de relaxation. - Etude quantitative de MnTe et comparaison avec l'expérience : accord parfait. Développons ces points en quelques mots. Le premier point sur lequel je voudrais insister, est l'interprétation nouvelle en ce qui concerne les mécanismes de diffusion à proximité des températures de transition ordre/désordre pour les réseaux non-frustrés. En effet, j'ai mis en évidence lors de ma thèse que la forme du pic de résistivité autour de Tc est une conséquence directe de deux effets liés au magnétisme du réseau. Autour de Tc le réseau percole et présente de larges clusters de spins parallèles (antiparallèles) qui représentent autant de zones de basses (hautes) énergies pour les électrons qui s'y propagent. En addition les spins du réseau subissent un ralentissement critique qui rend l'évolution du paysage magnétique extrêmement lent. Le ralentissement critique des fluctuations des spins du réseau fige le paysage magnétique et permet aux spins itinérants de se localiser dans les clusters parallèles (basses énergies) et d'y être piégés, donnant naissance à un pic de résistivité à Tc. En conséquence nous soulignons que l'étude de transport dans les systèmes magnétiques doit tenir compte du paysage énergétique local du réseau magnétique, ainsi que de la dynamique des fluctuations des spins en fonction de la température (ce dont ne tenaient pas compte les travaux ultérieurs). C'est deux points nous permettent un traitement généralisé de la résistivité dans les systèmes non-frustrés. Quant aux systèmes antiferromagnétiques frustrés, ils se caractérisent par un grand nombre d'états dégénérés (souvent infini pour des spins d'Ising). Cependant, la structure en couches minces du système nous permet de rendre cette dégénérescence finie. Nous mettons premièrement en évidence que la dégénérescence du système induit une transition de résistivité du premier ordre, et que selon l'état dégénéré du système, la résistivité peut présenter deux types de transition : une transition allant des basses résistivités vers les hautes résistivités, dans le sens des températures croissantes, ou inversement. Soulignons que ce type de matériau peut présenter un intérêt dans l'élaboration de système tel que les rams assistées par la chaleur.

Ce travail présente l'élaboration de polymères de coordination du fer(II) à transition de spin, l'étude de leurs propriétés magnétiques et structurales et la recherche des facteurs conditionnant l'observation de transitions de spin fortement coopératives à l'état solide. La stratégie d'autoassemblage mise en oeuvre a permis l'obtention de plusieurs familles de polymères avec des espaceurs bipyridiniques et dicyanamide. L'analyse approfondie des données structurales concernant ces polymères par diffraction des rayons-X sur monocristal permet d'étudier les interactions inter-sites et leur influence sur les propriétés magnétiques de ces systèmes. On observe ainsi que la coopérativité de la transition de spin est davantage renforcée par les interactions intermoléculaires non-covalentes (liaisons hydrogène, pi-stacking) qui se développent entre les chaînes polymériques que par les interactions élastiques transmises d'un site métallique à l'autre par les ligands pontants plus ou moins rigides.

Ce travail de thèse portait sur la synthèse et l'étude de complexes magnétiques redox-actifs comme prototypes pour la conception d'aimants moléculaires à haute température. L'activité redox est assurée par le ligand pontant, qui peut moduler et parfois améliorer significativement les propriétés magnétiques. Après un chapitre d'introduction présentant les derniers développements dans le domaine des matériaux magnétiques moléculaires, un accent particulier est mis sur l'importance d'avoir un fort couplage d'échange magnétique J entre les porteurs de spin. Une étude bibliographique présentant deux approches émergentes pour augmenter J dans les composés polynucléaires est également présentée et discutée. Le chapitre 2 présente les synthèses et caractérisations de complexes dinucléaires [M2(tphz)(tpy)2](PF6)n (M = Co(II) ou Ni(II); n = 4, 3, 2, tphz = tétrapyridophénazine, tpy = terpyridine) construits à partir de ligands pontant (tphz) et bloquant (tpy) fortement coordinants et redox-actifs. Les études approfondies de ces composés montrent que le ligand pontant redox-actif peut être utilisé comme un outil de choix pour promouvoir une délocalisation des spins, de forts couplages magnétiques, ainsi que de la commutabilité. L’analyse des résultats obtenus permet également de mieux comprendre les paramètres clés pour l’élaboration de systèmes fortement couplés magnétiquement. Dans le prolongement de ce travail visant à sélectionner les meilleurs composants pour la conception rationnelle d'aimants moléculaires à haute température, le chapitre 3 décrit une nouvelle série de complexes mononucléaires [Cr(III)(tphz)(tpy)](CF3SO3)n (n = 3, 2, 1). Les complexes mono- et doublement réduits présentent des interactions magnétiques remarquablement fortes entre les ions métalliques et les ligands radicalaires, et pourraient servir d'unités magnétiques intéressantes pour la conception d'aimants de plus hautes nucléarités. / The thesis work aims at the synthesis and study of redox-active magnetic molecules as prototypes towards the design of molecule-based magnets with high operating temperature, a prerequisite for technological applications. The redox activity is provided by the bridging ligand, which could tune and sometimes enhance significantly the magnetic properties of the resulting molecular architectures. After an introduction chapter presenting the latest developments in the field of molecule-based magnetic materials, special emphasis is given on the importance of having large magnetic exchange coupling J between the spin carriers to reach high operating temperature. This is supported by a bibliographic study concerning two emerging approach to enhance J values in polynuclear compounds. Chapter 2 presents the syntheses and characterizations of dinuclear M(II) complexes [M2(tphz)(tpy)2](PF6)n (M = Co or Ni; n = 4, 3, 2, tphz = tetrapyridophenazine) built by using strongly complexing, redox-active bridging ligand (tphz), and terpyridine (tpy) as capping ligands. The extensive studies on these compounds show that the redox-active bridging ligand can be used as a tool to promote spin delocalization, high spin complexes and magnetic multi-switchability. Importantly the work reveals the key parameters towards building strongly magnetically coupled systems. As a continuation research of finding the best magnetic components for the rational design of high temperature molecule-based magnets, Chapter 3 describes a new series of [Cr(III)(tphz)(tpy)](CF3SO3)n (n = 3, 2, 1) mononuclear complexes. Both the mono and doubly-reduced complexes show remarkable magnetic interactions between metal center and radical ligands, which could further act as interesting magnetic units for the design of higher nuclearities magnets.

Les enjeux majeurs des dispositifs hyperfréquences utilisés dans les systèmes de télécommunication modernes sont la montée en fréquence de fonctionnement, la miniaturisation des circuits et l’intégrabilité des composants.Grâce à l’émergence des métamatériaux et à la maîtrise des propriétés des ferrites, il est possible de développer nouveaux dispositifs répondant à ces nouvelles exigences de l’électronique embarquée.Cette thèse développe, à partir d’une ligne métamatériau HIW coplanaire basée sur un substrat de ferrite, un nouveau dispositif hyperfréquence non réciproque de faible encombrement, opérant à des fréquences situées entre 13 et 15 GHz.Les prototypes fabriqués et caractérisés sous de faibles valeurs de champ magnétique, présentent les performances caractéristiques d’un isolateur bande étroite: isolation supérieure à 30 dB, pertes d’insertion inférieures à 1 dB. / The main challenges of microwave devices used in modern telecommunication systems are the increase of the operating frequency, the circuit’s miniaturization and the integration of components.Thanks to the emergence of metamaterials and the control of the properties of ferrites, it is possible to develop new circuits that meet these new requirements for embedded electronics.This thesis investigates, from a coplanar HIW metamaterial line based on a ferrite substrate, a new non-reciprocal microwave device, operating in frequency range between 13 and 15 GHz.Prototypes were fabricated and characterized under low magnetic field. They achieved the characteristic performances of a narrow band isolator: isolation over 30 dB and insertion losses of less than 1 dB.

Nous nous sommes attaché à étudier les liens entre propriétés cristallographiques et magnétiques de phases intermétalliques R M-B où R est un élément de terres rares, l'yttrium ou le thorium et M un métal de transition 3d. La présence de bore dans l'environnement atomique des sites de métaux de transition, notamment, agit fortement sur les propriétés magnétiques tant à l'échelle macroscopique que microscopique.<br />Nous apportons une contribution à l'étude des propriétés magnétiques particulières du composé YCo4B, composé modèle et de référence de la famille Rn+mCo3n+5mB2n. L'anisotropie magnétocristalline originale de ce composé est caractérisée à la fois par une réorientation de spin et un processus d'aimantation du premier ordre. Elle s'avère également fort sensible à la pression comme l'ont montré nos mesures magnétiques. La substitution du fer au cobalt dans les composés RCo4B est possible et donne lieu à un schéma préférentiel comme l'illustre nos mesures de diffraction des neutrons. En combinant ces résultats à des mesures magnétiques diverses et de spectroscopie Mössbauer, les propriétés magnétiques de chaque site cristallographique de métaux de transition 3d ont pu être particularisées.<br />Nous avons étudié la solution solide Y1-xThxCo4B et montré l'existence d'une substitution préférentielle du thorium à l'yttrium sur un site cristallographique. Ces deux éléments R non magnétiques ont des effets différents sur les propriétés magnétique des composés. Par comparaison à des études magnétiques sous pression, il a été possible de montrer que ces différences sont principalement dues aux différences de configuration électronique entre le thorium et l'yttrium et peu aux évolutions structurales induites par la substitution.<br />De nouveaux composés de la famille structurale Rn+mCo3n+5mB2n ont été mis à jour récemment. Nous présentons des études des conditions de synthèses et des structures magnétiques de quelques phases R3Co13B2 et R5Co19B6. Le composé Pr5Co19B6 présente notamment des anomalies magnétiques interprétables comme une réorientation de spin à basse température.<br />Nous présentons des résultats d'absorption des rayons X réalisés sur plusieurs compositions de la solution solide CeCo12-xFexB6. Dans cette structure, le cérium présente un état de valence intermédiaire qui évolue notablement en fonction de la teneur en fer. <br />Enfin, nous avons précisé les conditions de synthèse de phases métastables Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14, très riches en fer. Ces structures originales présentent de nombreux types d'environnements atomiques du fer ce qui en fait des composés aux propriétés magnétiques intéressantes. Nous avons notamment montré les évolutions inhabituelles de ces propriétés magnétiques entre les états amorphe et cristallisé de ces alliages.