Ces dernières années, les capteurs embarqués ont gagné en précision, fiabilité et robustesse, tout en se miniaturisant. Ces capteurs sont largement utilisés dans le domaine médical et sportif pour récolter toutes sortes de données physiologiques. Développer des générateurs d’énergie qui convertissent l’énergie mécanique ambiante en électricité constitue une voie très intéressante afin de rendre ces capteurs autonomes.Dans ce contexte, en 2013, un premier générateur souple autonome d’énergie a été développé au sein de notre équipe au G2Elab en collaboration avec le laboratoire LaMCoS. Ce générateur est conçu à partir d’élastomères électroactifs, basés sur la déformation de matériaux souples (polyacrylates, silicones) incorporés entre deux électrodes déformables et fonctionnent suivant un mode électrostatique. Ces structures présentent l’avantage d’être légères, peu chères, souples et elles peuvent être fabriquées suivant des géométries complexes. De plus, elles fonctionnent dans des gammes de fréquence basses (<100 Hz), les rendant ainsi attractives pour la récupération et la conversion d’énergie mécanique ambiante.L’objectif de ce travail de thèse était d’optimiser ce générateur pour en faire un générateur de seconde génération plus performant en terme d’énergie récupérée, beaucoup plus adaptable sur le corps humain et avec une durée de vie accrue. Pour atteindre ces différents critères, la conception et la réalisation de nouveaux dispositifs alternatifs hybridés pour des générateurs autonomes ont également été menées.Pour cela, la première étape a consisté à chercher un nouveau matériau pouvant remplacer le téflon comme électret dans la structure. Cet électret joue le rôle de réservoir de charges pour la polarisation du générateur fonctionnant en mode électrostatique. Le choix s’est porté sur plusieurs familles de poly(p-xylylene) plus communément appelées parylènes. Le fait de pouvoir les déposer dans un procédé CVD sur des géométries complexes et de façon très conforme a justifié ce choix. Le comportement temporel du potentiel de surface développé par ces électrets après une décharge couronne a été analysé en fonction du type et de l’épaisseur de parylène et du potentiel initial de charge. Cela a permis d’évaluer les potentialités en électret de ces matériaux et de mieux cerner la dynamique des charges électriques dans un environnement proche de l’application (sous contrainte mécanique) et pour des conditions plus extrêmes en température. Ces travaux ont permis de valider des parylènes fluorés comme d’excellents électrets (tests réalisés sur 1.5 an) tant en potentiel positif que négatif.La seconde étape s’est focalisée dans la conception de structures développant une architecture qui optimise les couplages électromécaniques au sein des matériaux constituant le générateur souple d’énergie. Dans ce but, et avec l’appui de modélisations que nous avons réalisées pour définir les géométries optimales de nos structures pour maximiser la puissance produite en sortie, deux principes de fonctionnement se sont dégagés : le premier fait appel à des électrets et il est ainsi en étroite continuité de l’étude précédente ; le second utilise des matériaux piézoélectriques (PZT et PVDF) comme source de polarisation ouvrant ainsi une nouvelle voie prometteuse de générateurs autonomes embarqués. Pour ces différentes structures, des prototypes de taille centimétrique ont été réalisés et caractérisés avec pour but final d’être insérés au niveau du genou pour récupérer la déformation mécanique lors de la marche ou de la course à pied. / Over the last years, wearable sensors have gained in accuracy and precision, while following the demands of miniaturization and lower power consumption. Scavenging human kinetic energy to produce electricity is an attractive alternative for the power supply of these low-power-consumption devices. E-textiles for health-monitoring or biomedical implants are some of the possible applications that could benefit from a self-powering system.In this context, in 2013, a first prototype of soft and autonomous energy scavenger was developed by our research group through the collaboration between LaMCoS and G2Elab laboratories. This electrostatic generator was based on the dielectric elastomers generators (DEGs) technology, which relies on the mechanical deformation of a thin layer of dielectric material (acrylic or silicone) sandwiched between two compliant electrodes. The main advantages of this technology are their low-cost, compliance, light-weight and adaptability to complex shapes. In addition, they can work on a large scale of temperatures and frequencies (<100Hz), which make them interesting to harvest and convert ambient mechanical vibrations.The objectives of this work were focused on the first prototype optimization to realize a second-generation device with higher energy output, suitability for wearable applications and lifetime and to conceive new alternatives hybrid devices for autonomous DEGs.To these aims, the first stage of the study consisted in the investigation of new conformant electret materials (representing the charges reservoir for electrostatic generator polarization) replacing Teflon in the scavenger structure. Different variants of poly(p-xylylene) polymers, better known with the commercial name of Parylene, were tested as new potential electret materials, mainly due to their highly conformability and possibility of CVD-deposition on complex shapes. The surface potential decays (SPD) on electrets formed by corona discharge method were monitored over time for different Parylene variants, samples thicknesses and charging voltages. These characterizations were aimed to evaluate the performance of Parylene electrets and to monitor the charge dynamic under mechanical conditions close to the final applications and under harsher environmental temperatures. As a result of these tests, fluorinated Parylenes showed excellent long-term charge retention performance (over 1.5 years) both for positive and negative charges.The second part of the work consisted in the realization of optimized structures realizing the electromechanical coupling of the two different electroactive materials constituting the soft electrostatic generator. For this aim, two different working modes were developed: the first one employs electret materials as polarization source, with the aim of optimizing the first hybrid device conceived in the previous study; the second one is made of piezoelectric materials (PZT and PVDF) as DEGs polarization sources, opening a new promising solution for autonomous wearable generators. Through numerical simulations, geometry optimization was performed with the aim of increasing the power output of the devices. Beneath, for the different structures, centimeter scale prototypes were realized and characterized with the final aim to be integrated at human knee level to exploit the mechanical deformation given by human body while walking.

Les paliers magnétiques actifs auto-détecteurs sont des transducteurs électromécaniques permettant de réaliser deux fonctions simultanées: une fonction puissance assurant le positionnement du rotor et une fonction capteur de position permettant d'estimer la taille de l'entrefer et la position du rotor. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés au développement de modèles électromagnétiques de paliers magnétiques actifs auto-détecteurs pour leur conception et leur optimisation. Différents modèles ont ainsi été produits durant ces travaux de thèse:- Un modèle haute fréquence d'un matériau feuilleté et polarisé construit à partir d'une mesure de la perméabilité réversible et d'un modèle formel de diffusion haute fréquence;- Un modèle de simulation des courants induits dans un rotor feuilleté générés par la rotation de celui-ci. Ce modèle permet alors de déterminer les pertes par courants induits ainsi que l'effet de la rotation sur l'estimation de la position;- Enfin, un modèle de l'impédance haute fréquence d'un circuit magnétique feuilleté, saturable et polarisé. Cette modélisation se réalise en 3 étapes : calcul magnétostatique non linéaire, intégration du modèle haute fréquence et calcul magnétodynamique linéaire. Ces différentes approches de modélisation ont été validées expérimentalement au moyen d'un cadre d'Epstein et sur deux types de paliers magnétiques. L'ensemble de ces modèles ont ensuite été exploités dans un outil pour la conception optimale de paliers magnétiques actifs auto-détecteur. Finalement, une optimisation multivariable bi-objective a été réalisée de façon à concevoir un palier magnétique actif auto-détecteur optimal à la fois d'un point de vue capteur et d'un point de vue puissance. / Active magnetic bearings with a self-sensing approach are electromechanical transducers. They realize two different functions at the same time: power function for moving the rotor, and sensor function for estimating the size of the air gap and the position of rotor. In this thesis, we developed an electromagnetic model for conception and optimization of these active magnetic bearing. In order to achieve this goal, different models were developed during this thesis:- A high frequency model of a laminated and polarized material builds with a reversible permeability measure and an homogenization model for high frequency;- A simulation model induced currents in a laminated rotor created by its own rotation. This one permits eddy current losses determination and the impact of rotation on the position estimation;- Finally, a high frequency impedance model for a laminated, saturated and polarized magnetic circuit. This model computes in 3 steps: nonlinear magnetostatic calculation, integration of high frequency model and linear magnetodynamic calculation. These different approaches were validated experimentally with an Epstein frame and with two different magnetic bearings. All these models were then exploited in a tool for optimal conception of active magnetic bearings with a self-sensing approach. Finally, a bi-objective multivariable optimization was realized to design an optimal active magnetic bearing to both estimate position and create force.

Ces travaux de thèse ont porté sur l’élaboration d’électrodes déformables pour la récupération d’énergie houlomotrice. En effet, la conversion de l’énergie mécanique des vagues en électricité est possible via un système entièrement souple et basé sur la technologie des polymères électroactifs (ou EAP). Ces matériaux ont la capacité de se déformer sous stimuli électrique, d’où la nécessité de développer des matériaux conducteurs déformables. Le matériau EAP choisi pour l’étude est un élastomère silicone. La formulation de composites à matrice élastomère silicone chargée en particules conductrices carbonées (graphite, nanofeuillets de graphite et nanotubes de carbone) est ainsi la piste suivie pour composer des électrodes déformables. Deux méthodes de mélange, en voie fondu, ont été explorées. La première utilise un mélangeur planétaire, et la seconde utilise en plus un mélangeur tri-cylindre. L’influence sur les propriétés électriques des composites, de la méthode de mélange, de la nature de la charge conductrice ainsi du taux de charges, a été analysée. Aussi, l’étude de la percolation électrique ainsi que l’étude des mécanismes de conduction mis en jeux dans les différents composites ont été réalisées, et complétées par l’observation de la morphologie en microscopie optique et en microscopie électronique. Le comportement mécanique des composites en traction a également été analysé. Enfin, les propriétés couplées électro-mécaniques des composites les plus prometteurs ont été testées. Les mesures permettent de proposer une formulation à base de nanotubes de carbone comme électrode déformable. / This PhD work presents the development of stretchable electrodes for wave energy harvesting. Indeed, it is possible to convert the mechanical energy of the waves into electricity thanks to a flexible system based on electroactive polymer (EAP) technology. As EAPs have the ability to deform under electrical stimuli, deformable conductive materials are needed. In this study, the chosen EAP is a silicone elastomer. Composites formulated with silicone elastomer matrix filled with carbonaceous conductive particles (graphite, graphite nanoplatelets and carbon nanotubes) were thus developed. Two mixing methods, by melt compounding, have been explored. The first uses a planetary mixer, and the second uses a three roll-mill. The influence of the mixing method, the nature of the fillers and the filler rate on the electrical properties of the composites has been analyzed. The morphology, as well as the percolation and the conduction mechanisms have been studied. The tensile properties of the composites were also analyzed. Finally, the electromechanical coupled properties of the most promising composites were tested, allowing us to propose a formulation as a stretchable electrode.

Cette tbese comprend une étude sur les composés AB2O6 qui ont attiré un large intérêt ces dernieres années grâce à leurs propriétés de magnétisme de basse dimensionalité. Pour mieux étudier les propriétes magnétiques et les parametres qui les influencent oous oous sommes appuyé sur une bonne connaissance de la stmcture cristalline. Tous les écbantillons ont été étudié par diffraction de rayons X (pression ambiante ou sous hautes pressions) et neutroDique (basse et/ou baute température). Nous avons également effectué d'autres caractérisations, telles que mesures de susceptibilité, de cbaleur spécifique et spectroscopie Mossbauer. Nous avons produit la série MnNb2_6 V 80 6 afio de faire varier les distances intercbaines magnétiques et donc la nature des interactions d'échanges. Ces composés sont intéressants pour préseoter une faible anisotropie et un couplage des moments magnétiques dans les chaines en zig-zag le long de l'axe c, ce qui leur confere un caractere unidimensionnel et un couplage antiferromagnétique entre les chames. Nous avons fait une comparaison avec le modele théorique de la chaine d'Heisenberg classique et obtenu des constantes d'échange intra et intercbatnes, J et J', et sa dépendance par rapport à la teneur 8. Ensuite, nous avons fait une étude des séries MnxAt-xNb206 avec A = Fe, Co et Ni. Notre but a été de vérifier comment la nature et la différence de rayons atomiques peuvent influer sur le comportement structural et magnétique de ces composés. Pour ceux qui n'ont pas présenté de mise en ordre magnétique à 1,5 K nous avons fait une étude des corrélations à courtes distances en utilisant le modele de Bertaut La mise en reuvre de synthese HP et HT nous a permis de stabiliser une phase Mn V 20 6 en symétrie orthorhombique et de mettre en jour ses propriétés physiques. Nous avons ensuite comparé avec le MnV 20 6 monoclinique et également avec le MnNb20 6 orthorhombique. Les comportements magnétiques des composés isostructuraux sont tres similaires mais dans le cas de MnNb20 6, les moments magnétiques forment des chaí'nes du type + - + - et dans la pbase Mo V 20 6 nous observons des cbalnes du type + + - -, stmct.ure inédite dans ces composés. / Esta tese compreende um estudo sobre os compostos AB2O6 que chamaram a atenção nos últimos anos graças às suas propriedades de magnetismo de baixa dimensionalidacle. Para melhor entender as propriedades magnéticas e os parâmetros que as influenciam, nos apoiamos no conhecimento da estrutura cristalina. Todas as amostras foram estudadas por difração de raios X (pressão ambiente e sob altas pressões) e de nêutrons (em baixa e em alta temperatura). Também fizemos outras caractetizações como medidas ele susceptibilidade magnética, calorespecífico e espectroscopia Mossbauer. A sé ti e MnNb2_6 V 60 6 foi produzida a fim de variar as distâncias entre as cadeias magnéticas e, com isso, a natureza das interações de troca. Estes compostos são interessantes por apresentarem baixa anisotropia, um acoplamento dos momentos magnéticos nas cadeias em zig-zag ao longo elo eixo c, conferindo-lhe o caráter unidimensional, e ainda um acoplamento antiferromagnético mais fraco entre as cadeias. É feita uma comparação com o modelo teórico de cadeia de Heisenberg clássica e são obtidas as constantes ele troca intra e intercadeias, J e J', e sua dependência em relação à ó. Em seguida, foi feito um estudo das séries MnxAt-xNb20 6 com A = Fe, Co e Ni, com o objetivo de verificar como a natureza e a diferença dos raios atômicos podem influenciar o comportamento estrutural e magnético destes compostos. Para aqueles que não apresentaram ordem magnética à l ,5 K, foi feito um estudo das conelações ele curta distância utilizando o modelo de Bertaut. Graças a síntese AP e AT conseguimos estabilizar o MnV 20 6 em simetria ortorrômbica e determinar suas propriedades físicas. Fizemos então uma comparação com o polimorfo monoclínico Mn V 206 e também com o composto ortonômbico MnNb20 6 . Os comportamentos magnéticos macroscópicos dos compostos isoestruturais são muito similares, porém no caso ela fase MnNb20 6, os momentos magnéticos formam cadeias elo tipo +- + - e na fase Mn V 20 6, as cadeias são do tipo + + - -, estrutura inédita, até então não observada nestes compostos. / This thesis comprises a study of tbe compounds of AB20 6 type that have attracted wide interest in recent years due to tbeir low-dimensional magnetism properties. To better understand tbeir magnetic properties and tbe parameters lhat influence it, we have relied on a good knowledge of lhe crystal stmcture. Ali samples were studied by X-ray diffraction (ambient pressure or under hlgh pressure) and neutron diffraction (low and/or high temperature). We also performed other cbaracterizations, such as magnetic susceptibility, specific heat and Mbssbauer spectroscopy measurements. We have produced tbe MnNb2_6 V 60 6 serie in order to vary the distances between magnetic interchains and thus the nature of lhe excbange interactions. Tbese compounds are interesting due to tbe presence of Jow anisotropy and a coupling of magnetic moments in zigzag cbains along the c-axis, whlch gives lhem a one-dimensional character, and ao antiferromagnetic coupling between cbains. We made a comparison wilh the theoretical modei of the classical Heisenberg chain and obtained the exchange constants intra- and inter-cbain, J and J', and its dependency on the content b. Then we made a study o f MnxA1_.,Nb20 6 series with A = Fe, Co and Ni. Our aim was to check how the nature and tbe difference in atomic radii can influence the stmctural and magnetic properties of tbese compounds. For those whlcb sbowed no magnetic ordering at 1.5 K we made a study of correlations at short distances using Bertaut's model. Thanks to tbe use of HP and HT synthesis we managed to stabilize MnV20 6 in orthorbombic symetry and determine its physical properties. We then performed a comparison witb the monoclinic MnV20G and with tbe 011horbombic MnNb206 compound as well. Macroscopic magnetic behaviour o f isostructural compounds are ve1y similar but in the case of MnNb20 6, the magnetic moments form + - + - type chains while the Mn V 20 6 presents cbains of + + - - type, a structure never observed before in tbis family o f compounds.

Les applications d’électronique de spin telles les mémoires à accès aléatoire (MRAM), les capteurs (e.g.les têtes de lecture des disques durs d’ordinateurs) et les éléments de logique magnétique utilisent les interactionsd’échange ferromagnétique/antiferromagnétique (F/AF) dans le but de définir une direction de référence pour lespin des électrons de conduction. Les MRAM à écriture assistée thermiquement (TA-MRAM) utilisent mêmedeux bicouches F/AF : une pour le stockage de l’information et l’autre comme référence. Ces dernièresapplications technologiques impliquent des étapes de nanofabrication des couches minces continues pour formerune matrice de cellules mémoires individuelles. La qualification industrielle du produit final impose de sérieusescontraintes sur la largeur des distributions des propriétés magnétiques - y compris d’échange F/AF - de cellulemémoire à cellule mémoire. Des phases verres de spin réparties de manière aléatoire sur la couche continue, àl’interface F/AF ou dans le coeur de l’AF pourraient contribuer de manière significative à ces distributionsd’échange F/AF dans les dispositifs, après nanofabrication ; comme supposé il y a de cela quelques années. Lebut de cette thèse est d’étudier factuellement le possible lien entre verre de spin répartis dans des couches mincesF/AF et dispersions de propriétés d’échange de cellule mémoire à cellule mémoire dans les dispositifs TAMRAMcorrespondants. Avant cela, l’origine de ces régions verre de spin a été étudiée et une attention plusparticulière a été portée au rôle joué par les diffusions de Mn. Ces dernières ont été directement observées,comprises et l’utilisation de barrières complexes pour les réduire et par là même pour diminuer la quantité dephases verre de spin a été mise en oeuvre avec succès. En guise d’alternative pour varier la quantité de verres despin, l’utilisation d’AFs composites a été également étudiée dans le cadre de cette thèse. Ce type d’AF permet dumême coup de varier la stabilité thermique des grains AF et de répondre à un autre problème identifié pour lesTA-MRAM qui consiste à trouver des matériaux AF avec des propriétés de rétention et d’écriture intermédiairespar rapport aux matériaux actuellement utilisés. Finalement, ces AFs composites ont été utilisés comme moyende varier la quantité de verres de spin dans des dispositifs TA-MRAM réels et de prouver le lien direct avec ladispersion de propriétés de cellule mémoire à cellule mémoire. / Spintronics applications such as magnetic random access memories (MRAM), sensors (e.g.. hard diskdrive read head) and logic devices use ferromagnetic/antiferromagnetic (F/AF) exchange bias (EB) interactionsto set the reference direction required for the spin of conduction electrons. Thermally-assisted (TA-) MRAMapplications even use two F/AF exchange biased bilayers: one for reference and one for storage. Suchtechnological applications involve patterning full sheet wafers into matrix of individual bit-cells. Industrialproducts qualification imposes stringent requirements on the distributions of the magnetic properties from cell tocell, including those related to EB. It was supposed few years ago that randomly spread spin-glass like phases atthe F/AF interface or within the bulk of the AF layer significantly contribute to the distributions of EB propertiesin devices after processing. This thesis aimed at factually studying the link between spin-glasses spread overF/AF thin films and bit-cell dispersions of EB in corresponding TA-MRAM. Prior to that the origin of the spinglasslike regions and more specifically the role of Mn-diffusion was consolidated. Mn-diffusion was directlyobserved, understood and the use of complex barriers to reduce such diffusion and consequently to minimize theamount of spin-glass was successfully studied. Mixing AFs as another way to tune the amount of spin-glass likephases was also evidenced in the framework of this thesis. All at once, this last solution also tuned the AF grainsthermal stability and this solved another issue related to TA-MRAM, i.e. finding AF-materials with intermediateretention and write properties compared to the AFs presently used. Finally, those mixed antiferromagnets werethe mean chosen to tune the amount of spin-glass like phases in real TA-MRAM devices and to factually provetheir link with bit-cell distributions of EB properties.

Les applications d’électronique de spin telles les mémoires à accès aléatoire (MRAM), les capteurs (e.g.les têtes de lecture des disques durs d’ordinateurs) et les éléments de logique magnétique utilisent les interactionsd’échange ferromagnétique/antiferromagnétique (F/AF) dans le but de définir une direction de référence pour lespin des électrons de conduction. Les MRAM à écriture assistée thermiquement (TA-MRAM) utilisent mêmedeux bicouches F/AF : une pour le stockage de l’information et l’autre comme référence. Ces dernièresapplications technologiques impliquent des étapes de nanofabrication des couches minces continues pour formerune matrice de cellules mémoires individuelles. La qualification industrielle du produit final impose de sérieusescontraintes sur la largeur des distributions des propriétés magnétiques - y compris d’échange F/AF - de cellulemémoire à cellule mémoire. Des phases verres de spin réparties de manière aléatoire sur la couche continue, àl’interface F/AF ou dans le coeur de l’AF pourraient contribuer de manière significative à ces distributionsd’échange F/AF dans les dispositifs, après nanofabrication ; comme supposé il y a de cela quelques années. Lebut de cette thèse est d’étudier factuellement le possible lien entre verre de spin répartis dans des couches mincesF/AF et dispersions de propriétés d’échange de cellule mémoire à cellule mémoire dans les dispositifs TAMRAMcorrespondants. Avant cela, l’origine de ces régions verre de spin a été étudiée et une attention plusparticulière a été portée au rôle joué par les diffusions de Mn. Ces dernières ont été directement observées,comprises et l’utilisation de barrières complexes pour les réduire et par là même pour diminuer la quantité dephases verre de spin a été mise en oeuvre avec succès. En guise d’alternative pour varier la quantité de verres despin, l’utilisation d’AFs composites a été également étudiée dans le cadre de cette thèse. Ce type d’AF permet dumême coup de varier la stabilité thermique des grains AF et de répondre à un autre problème identifié pour lesTA-MRAM qui consiste à trouver des matériaux AF avec des propriétés de rétention et d’écriture intermédiairespar rapport aux matériaux actuellement utilisés. Finalement, ces AFs composites ont été utilisés comme moyende varier la quantité de verres de spin dans des dispositifs TA-MRAM réels et de prouver le lien direct avec ladispersion de propriétés de cellule mémoire à cellule mémoire. / Spintronics applications such as magnetic random access memories (MRAM), sensors (e.g.. hard diskdrive read head) and logic devices use ferromagnetic/antiferromagnetic (F/AF) exchange bias (EB) interactionsto set the reference direction required for the spin of conduction electrons. Thermally-assisted (TA-) MRAMapplications even use two F/AF exchange biased bilayers: one for reference and one for storage. Suchtechnological applications involve patterning full sheet wafers into matrix of individual bit-cells. Industrialproducts qualification imposes stringent requirements on the distributions of the magnetic properties from cell tocell, including those related to EB. It was supposed few years ago that randomly spread spin-glass like phases atthe F/AF interface or within the bulk of the AF layer significantly contribute to the distributions of EB propertiesin devices after processing. This thesis aimed at factually studying the link between spin-glasses spread overF/AF thin films and bit-cell dispersions of EB in corresponding TA-MRAM. Prior to that the origin of the spinglasslike regions and more specifically the role of Mn-diffusion was consolidated. Mn-diffusion was directlyobserved, understood and the use of complex barriers to reduce such diffusion and consequently to minimize theamount of spin-glass was successfully studied. Mixing AFs as another way to tune the amount of spin-glass likephases was also evidenced in the framework of this thesis. All at once, this last solution also tuned the AF grainsthermal stability and this solved another issue related to TA-MRAM, i.e. finding AF-materials with intermediateretention and write properties compared to the AFs presently used. Finally, those mixed antiferromagnets werethe mean chosen to tune the amount of spin-glass like phases in real TA-MRAM devices and to factually provetheir link with bit-cell distributions of EB properties.

Cette tbese comprend une étude sur les composés AB2O6 qui ont attiré un large intérêt ces dernieres années grâce à leurs propriétés de magnétisme de basse dimensionalité. Pour mieux étudier les propriétes magnétiques et les parametres qui les influencent oous oous sommes appuyé sur une bonne connaissance de la stmcture cristalline. Tous les écbantillons ont été étudié par diffraction de rayons X (pression ambiante ou sous hautes pressions) et neutroDique (basse et/ou baute température). Nous avons également effectué d'autres caractérisations, telles que mesures de susceptibilité, de cbaleur spécifique et spectroscopie Mossbauer. Nous avons produit la série MnNb2_6 V 80 6 afio de faire varier les distances intercbaines magnétiques et donc la nature des interactions d'échanges. Ces composés sont intéressants pour préseoter une faible anisotropie et un couplage des moments magnétiques dans les chaines en zig-zag le long de l'axe c, ce qui leur confere un caractere unidimensionnel et un couplage antiferromagnétique entre les chames. Nous avons fait une comparaison avec le modele théorique de la chaine d'Heisenberg classique et obtenu des constantes d'échange intra et intercbatnes, J et J', et sa dépendance par rapport à la teneur 8. Ensuite, nous avons fait une étude des séries MnxAt-xNb206 avec A = Fe, Co et Ni. Notre but a été de vérifier comment la nature et la différence de rayons atomiques peuvent influer sur le comportement structural et magnétique de ces composés. Pour ceux qui n'ont pas présenté de mise en ordre magnétique à 1,5 K nous avons fait une étude des corrélations à courtes distances en utilisant le modele de Bertaut La mise en reuvre de synthese HP et HT nous a permis de stabiliser une phase Mn V 20 6 en symétrie orthorhombique et de mettre en jour ses propriétés physiques. Nous avons ensuite comparé avec le MnV 20 6 monoclinique et également avec le MnNb20 6 orthorhombique. Les comportements magnétiques des composés isostructuraux sont tres similaires mais dans le cas de MnNb20 6, les moments magnétiques forment des chaí'nes du type + - + - et dans la pbase Mo V 20 6 nous observons des cbalnes du type + + - -, stmct.ure inédite dans ces composés. / Esta tese compreende um estudo sobre os compostos AB2O6 que chamaram a atenção nos últimos anos graças às suas propriedades de magnetismo de baixa dimensionalidacle. Para melhor entender as propriedades magnéticas e os parâmetros que as influenciam, nos apoiamos no conhecimento da estrutura cristalina. Todas as amostras foram estudadas por difração de raios X (pressão ambiente e sob altas pressões) e de nêutrons (em baixa e em alta temperatura). Também fizemos outras caractetizações como medidas ele susceptibilidade magnética, calorespecífico e espectroscopia Mossbauer. A sé ti e MnNb2_6 V 60 6 foi produzida a fim de variar as distâncias entre as cadeias magnéticas e, com isso, a natureza das interações de troca. Estes compostos são interessantes por apresentarem baixa anisotropia, um acoplamento dos momentos magnéticos nas cadeias em zig-zag ao longo elo eixo c, conferindo-lhe o caráter unidimensional, e ainda um acoplamento antiferromagnético mais fraco entre as cadeias. É feita uma comparação com o modelo teórico de cadeia de Heisenberg clássica e são obtidas as constantes ele troca intra e intercadeias, J e J', e sua dependência em relação à ó. Em seguida, foi feito um estudo das séries MnxAt-xNb20 6 com A = Fe, Co e Ni, com o objetivo de verificar como a natureza e a diferença dos raios atômicos podem influenciar o comportamento estrutural e magnético destes compostos. Para aqueles que não apresentaram ordem magnética à l ,5 K, foi feito um estudo das conelações ele curta distância utilizando o modelo de Bertaut. Graças a síntese AP e AT conseguimos estabilizar o MnV 20 6 em simetria ortorrômbica e determinar suas propriedades físicas. Fizemos então uma comparação com o polimorfo monoclínico Mn V 206 e também com o composto ortonômbico MnNb20 6 . Os comportamentos magnéticos macroscópicos dos compostos isoestruturais são muito similares, porém no caso ela fase MnNb20 6, os momentos magnéticos formam cadeias elo tipo +- + - e na fase Mn V 20 6, as cadeias são do tipo + + - -, estrutura inédita, até então não observada nestes compostos. / This thesis comprises a study of tbe compounds of AB20 6 type that have attracted wide interest in recent years due to tbeir low-dimensional magnetism properties. To better understand tbeir magnetic properties and tbe parameters lhat influence it, we have relied on a good knowledge of lhe crystal stmcture. Ali samples were studied by X-ray diffraction (ambient pressure or under hlgh pressure) and neutron diffraction (low and/or high temperature). We also performed other cbaracterizations, such as magnetic susceptibility, specific heat and Mbssbauer spectroscopy measurements. We have produced tbe MnNb2_6 V 60 6 serie in order to vary the distances between magnetic interchains and thus the nature of lhe excbange interactions. Tbese compounds are interesting due to tbe presence of Jow anisotropy and a coupling of magnetic moments in zigzag cbains along the c-axis, whlch gives lhem a one-dimensional character, and ao antiferromagnetic coupling between cbains. We made a comparison wilh the theoretical modei of the classical Heisenberg chain and obtained the exchange constants intra- and inter-cbain, J and J', and its dependency on the content b. Then we made a study o f MnxA1_.,Nb20 6 series with A = Fe, Co and Ni. Our aim was to check how the nature and tbe difference in atomic radii can influence the stmctural and magnetic properties of tbese compounds. For those whlcb sbowed no magnetic ordering at 1.5 K we made a study of correlations at short distances using Bertaut's model. Thanks to tbe use of HP and HT synthesis we managed to stabilize MnV20 6 in orthorbombic symetry and determine its physical properties. We then performed a comparison witb the monoclinic MnV20G and with tbe 011horbombic MnNb206 compound as well. Macroscopic magnetic behaviour o f isostructural compounds are ve1y similar but in the case of MnNb20 6, the magnetic moments form + - + - type chains while the Mn V 20 6 presents cbains of + + - - type, a structure never observed before in tbis family o f compounds.

Cette tbese comprend une étude sur les composés AB2O6 qui ont attiré un large intérêt ces dernieres années grâce à leurs propriétés de magnétisme de basse dimensionalité. Pour mieux étudier les propriétes magnétiques et les parametres qui les influencent oous oous sommes appuyé sur une bonne connaissance de la stmcture cristalline. Tous les écbantillons ont été étudié par diffraction de rayons X (pression ambiante ou sous hautes pressions) et neutroDique (basse et/ou baute température). Nous avons également effectué d'autres caractérisations, telles que mesures de susceptibilité, de cbaleur spécifique et spectroscopie Mossbauer. Nous avons produit la série MnNb2_6 V 80 6 afio de faire varier les distances intercbaines magnétiques et donc la nature des interactions d'échanges. Ces composés sont intéressants pour préseoter une faible anisotropie et un couplage des moments magnétiques dans les chaines en zig-zag le long de l'axe c, ce qui leur confere un caractere unidimensionnel et un couplage antiferromagnétique entre les chames. Nous avons fait une comparaison avec le modele théorique de la chaine d'Heisenberg classique et obtenu des constantes d'échange intra et intercbatnes, J et J', et sa dépendance par rapport à la teneur 8. Ensuite, nous avons fait une étude des séries MnxAt-xNb206 avec A = Fe, Co et Ni. Notre but a été de vérifier comment la nature et la différence de rayons atomiques peuvent influer sur le comportement structural et magnétique de ces composés. Pour ceux qui n'ont pas présenté de mise en ordre magnétique à 1,5 K nous avons fait une étude des corrélations à courtes distances en utilisant le modele de Bertaut La mise en reuvre de synthese HP et HT nous a permis de stabiliser une phase Mn V 20 6 en symétrie orthorhombique et de mettre en jour ses propriétés physiques. Nous avons ensuite comparé avec le MnV 20 6 monoclinique et également avec le MnNb20 6 orthorhombique. Les comportements magnétiques des composés isostructuraux sont tres similaires mais dans le cas de MnNb20 6, les moments magnétiques forment des chaí'nes du type + - + - et dans la pbase Mo V 20 6 nous observons des cbalnes du type + + - -, stmct.ure inédite dans ces composés. / Esta tese compreende um estudo sobre os compostos AB2O6 que chamaram a atenção nos últimos anos graças às suas propriedades de magnetismo de baixa dimensionalidacle. Para melhor entender as propriedades magnéticas e os parâmetros que as influenciam, nos apoiamos no conhecimento da estrutura cristalina. Todas as amostras foram estudadas por difração de raios X (pressão ambiente e sob altas pressões) e de nêutrons (em baixa e em alta temperatura). Também fizemos outras caractetizações como medidas ele susceptibilidade magnética, calorespecífico e espectroscopia Mossbauer. A sé ti e MnNb2_6 V 60 6 foi produzida a fim de variar as distâncias entre as cadeias magnéticas e, com isso, a natureza das interações de troca. Estes compostos são interessantes por apresentarem baixa anisotropia, um acoplamento dos momentos magnéticos nas cadeias em zig-zag ao longo elo eixo c, conferindo-lhe o caráter unidimensional, e ainda um acoplamento antiferromagnético mais fraco entre as cadeias. É feita uma comparação com o modelo teórico de cadeia de Heisenberg clássica e são obtidas as constantes ele troca intra e intercadeias, J e J', e sua dependência em relação à ó. Em seguida, foi feito um estudo das séries MnxAt-xNb20 6 com A = Fe, Co e Ni, com o objetivo de verificar como a natureza e a diferença dos raios atômicos podem influenciar o comportamento estrutural e magnético destes compostos. Para aqueles que não apresentaram ordem magnética à l ,5 K, foi feito um estudo das conelações ele curta distância utilizando o modelo de Bertaut. Graças a síntese AP e AT conseguimos estabilizar o MnV 20 6 em simetria ortorrômbica e determinar suas propriedades físicas. Fizemos então uma comparação com o polimorfo monoclínico Mn V 206 e também com o composto ortonômbico MnNb20 6 . Os comportamentos magnéticos macroscópicos dos compostos isoestruturais são muito similares, porém no caso ela fase MnNb20 6, os momentos magnéticos formam cadeias elo tipo +- + - e na fase Mn V 20 6, as cadeias são do tipo + + - -, estrutura inédita, até então não observada nestes compostos. / This thesis comprises a study of tbe compounds of AB20 6 type that have attracted wide interest in recent years due to tbeir low-dimensional magnetism properties. To better understand tbeir magnetic properties and tbe parameters lhat influence it, we have relied on a good knowledge of lhe crystal stmcture. Ali samples were studied by X-ray diffraction (ambient pressure or under hlgh pressure) and neutron diffraction (low and/or high temperature). We also performed other cbaracterizations, such as magnetic susceptibility, specific heat and Mbssbauer spectroscopy measurements. We have produced tbe MnNb2_6 V 60 6 serie in order to vary the distances between magnetic interchains and thus the nature of lhe excbange interactions. Tbese compounds are interesting due to tbe presence of Jow anisotropy and a coupling of magnetic moments in zigzag cbains along the c-axis, whlch gives lhem a one-dimensional character, and ao antiferromagnetic coupling between cbains. We made a comparison wilh the theoretical modei of the classical Heisenberg chain and obtained the exchange constants intra- and inter-cbain, J and J', and its dependency on the content b. Then we made a study o f MnxA1_.,Nb20 6 series with A = Fe, Co and Ni. Our aim was to check how the nature and tbe difference in atomic radii can influence the stmctural and magnetic properties of tbese compounds. For those whlcb sbowed no magnetic ordering at 1.5 K we made a study of correlations at short distances using Bertaut's model. Thanks to tbe use of HP and HT synthesis we managed to stabilize MnV20 6 in orthorbombic symetry and determine its physical properties. We then performed a comparison witb the monoclinic MnV20G and with tbe 011horbombic MnNb206 compound as well. Macroscopic magnetic behaviour o f isostructural compounds are ve1y similar but in the case of MnNb20 6, the magnetic moments form + - + - type chains while the Mn V 20 6 presents cbains of + + - - type, a structure never observed before in tbis family o f compounds.

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez les femmes. Il y a une multitude de solutions proposées concernant une éventuelle intervention médicale pour le cancer du sein ‐ une en particulier est la chirurgie mammaire conservatrice (tumoréctomie). Le but de la tumoréctomie est de parvenir à un contrôle local du cancer, ainsi que de préserver une forme du sein qui satisfait les besoins esthétiques de la femme. Bien que ces objectifs sont généralement atteint, il reste encore parfois des résultats inattendus,tels qu'une tumeur récurrence locale, ou des résultats cosmétiques insuffisants.L'objectif de cette thèse est de proposer une plateforme de calcul, qui contribue à la tumoréctomie. Cela comprend:1) Une étude de la dynamique de croissance des tumeurs du sein.2) Une étude sur la prédiction du contour du sein grâce a la chirurgie virtuelle.3) Un modèle de calcul de la forme finale du sein après cicatrisation. / Breast cancer is the most common cancer among women in the developed as well as the developing countries. There are a plethora of proposed solutions regarding possible medical interventions for breast cancer–one in particular is Breast Conserving Therapy (BCT). BCT comprises of complete surgical excision of the tumor (partialmastectomy), and post-operative radiotherapy for the remaining breast tissue. This is a feasible treatment for most women with breast cancer. The goal of BCT is toachieve local control of the cancer, as well as to preserve breast shape that appeases awoman’s cosmetic concerns. Although these goals are usually achieved, there are still occasional unexpected results, such as reexcision of the tumor due to a positive margin assessment, tumor local recurrence, unsatisfactory cosmetic results, and breastpain. Other than surgical experience and judgment, there are currently no toolswhich can predict the outcome of partial mastectomy on the contour and deformity of the treated breast. The objective of this dissertation is to propose computational framework, which contributes to BCT operations, this was achieve by exploring two areas.On the one hand we developed a multiscale model adapted for breast cancer tumor growth, ductal carcinoma in situ (DCIS). The model features included: nutrients growth limitation, wall degradation enzyme and HER2 chemical expression tumor phenotype. Our model successfully simulate some pattern of DCIS carcinoma.Among the interesting result we showed that the enzyme contributed to a greater tumor size and that when HER2 was over expressed, the growth limiting factor wasthe EGFR. On the other hand, we developed a virtual surgery box to simulate BCT surgery. The box will input MRI patient data and will output cosmetic and functional indicator to rate the impact of the surgery. It appears that stiffness of the tissue, resection radius as well as the lump quadrant location are the most sensitive parameters to the indicators. A healing model was also embedded to simulate the wound closure after resection, this model was stress dependent and illustrate anasymmetric wound closure progression.The tools developed in this research allows a new type of field convergence between the surgery and computation field. At the local level it will allow surgeons and patient to be able to communicate on the pertinence and necessity of performing alumpectomy surgery, enabling to anticipate the possible outcome of the operation.On the global aspect this type of tool gives birth to a new type of field: computational surgery, where computer scientist and surgeons work hand in hand to provide the best and the most reliable service to the patients.

The macroscopic behavior of complex heterogeneous materials is strongly governed by the interactions between their elementary constituents within their microstructure. Beside experimental efforts characterizing the behaviors of such materials, there is growing interest, in view of the increasing computational power available, in building models representing their microstructural systems integrating the elementary behaviors of their constituents and their geometrical organization. While a large number of contributions on this aspect focus on the investigation of advanced physics in material parameter studies using rather simple geometries to represent the spatial organization of heterogeneities, few are dedicated to the exploration of the role of microstructural geometries by means of morphological parameter studies.<p>The critical ingredients of this second type of investigation are (I) the generation of sets of representative volume elements ( RVE ) describing the geometry of microstructures with a satisfying control on the morphology relevant to the material of interest and (II) the discretization of governing equations of a model representing the investigated physics on those RVEs domains. One possible reason for the under-representation of morphologically detailed RVEs in the related literature may be related to several issues associated with the geometrical complexity of the microstructures of considered materials in both of these steps. Based on this hypothesis, this work is aimed at bringing contributions to advanced techniques for the generation and discretization of microstructures of complex heterogeneous materials, focusing on geometrical issues. In particular, a special emphasis is put on the consistent geometrical representation of RVEs across generation and discretization methodologies and the accommodation of a quantitative control on specific morphological features characterizing the microstructures of the covered materials.<p>While several promising recent techniques are dedicated to the discretization of arbitrary complex geometries in numerical models, the literature on RVEs generation methodologies does not provide fully satisfying solutions for most of the cases. The general strategy in this work consisted in selecting a promising state-of-the-art discretization method and in designing improved RVE generation techniques with the concern of guaranteeing their seamless collaboration. The chosen discretization technique is a specific variation of the generalized / extended finite element method that accommodates the representation of arbitrary input geometries represented by level set functions. The RVE generation techniques were designed accordingly, using level set functions to define and manipulate the RVEs geometries. <p>The RVE methodologies developed are mostly morphologically motivated, incorporating governing parameters allowing the reproduction and the quantitative control of specific morphological features of the considered materials. These developments make an intensive use of distance fields and level set functions to handle the geometrical complexity of microstructures. Valuable improvements were brought to the RVE generation methodologies for several materials, namely granular and particle-based materials, coated and cemented geomaterials, polycrystalline materials, cellular materials and textile-based materials. RVEs produced using those developments have allowed extensive testing of the investigated discretization method, using complex microstructures in proof-of-concept studies involving the main ingredients of RVE-based morphological parameter studies of complex heterogeneous materials. In particular, the illustrated approach offers the possibility to address three crucial aspects of those kinds of studies: (I) to easily conduct simulations on a large number of RVEs covering a significant range of morphological variations for a material, (II) to use advanced constituent material behaviors and (III) to discretize large 3D RVEs. Based on those illustrations and the experience gained from their realization, the main strengths and limitations of the considered discretization methods were clearly identified. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished