This thesis describes advancements in the modelling, optimisation, process control and mechanical performance of novel high deposition rate gas metal arc welding processes for large scale additive manufacturing applications. One of the main objectives of this study was to develop fundamental understanding of the mechanisms involved during processing with particular focus on single layer welds made of carbon steel using both pulsed-current gas metal arc welding and cold metal transfer processes. The effects of interactions between critical welding process variables and weld bead and plate fusion characteristics are studied for single and multi-layers. It was shown that several bead and plate fusion characteristics are strongly affected by the contact tip to work distance, TRIM, wire feed speed, wire feed speed to travel speed ratio, and wire diameter in pulsed-current gas metal arc welding. The arc-length control, dynamic correction and the contact tip to work distance are shown to strongly influence the weld bead geometry in the cold metal transfer process. This fundamental knowledge was essential to ensure the successful development of predictive interaction models capable of determining the weld bead geometry from the welding process parameters. The models were developed using the least-squares analysis and multiple linear regression method. The gas tungsten constricted arc welding process was utilised for the first time for out-of-chamber fabrication of a large scale and high-quality Ti-6Al-4V component. The main focus was, however, in the use of the cold metal transfer process for improving out-of-chamber deposition of Ti-6Al-4V at much higher deposition rates. The effect of the cold metal transfer process on the grain refinement features in the fusion zone of single layer welds under different torch gas shielding conditions was investigated. It was shown that significant grain refinement occurs with increasing helium content. The morphological features and static mechanical performance of the resulting multi-layered Ti-6Al-4V walls were also examined and compared with those in gas tungsten constricted arc welding. The results show that a considerable improvement in static tensile properties is obtained in both testing directions with cold metal transfer over gas tungsten constricted arc welding. It was suggested that this improvement in the mechanical behaviour could be due to the formation of more fine-grained structures,which are therefore more isotropic. The average ultimate tensile strength and yield strength of the as-deposited Ti-6Al-4V material processed via cold metal transfer meet the minima specification values recommended for most Ti-6Al-4V products. Neutron diffraction technique was used to establish the effect of repeated thermo-mechanical cycling on the generation, evolution and distribution of residual stresses during wire and arc additive manufacturing. The results show a significant redistribution of longitudinal residual stresses along both the substrate and multi-bead with repeated deposition. However, a nearly complete relaxation occurs along the built, once the base plate constraint is removed.

No description available.

Dans la première partie, nous présentons les résultats de l'étude du supraconducteur sans inversion de symétrie LaRhSi3 par spectroscopie muonique. En champ nul, nous n'avons pas détecté de champ interne. Ceci indique que la fonction d'onde de l'état supraconducteur n'est pas dominée par l'état triplet. Les mesures en champ transverse de 35G présentent une transition en accord avec la transition de phase attendue sous le champ critique Hc1. Nous avons répété ces mesures pour un champ entre Hc1 et Hc2, 150G. Le spectre obtenu pour ces mesures conserve l'asymétrie et relaxe rapidement à basse température tel que prédit pour un supraconducteur dans la phase d'Abrikosov. Néanmoins, les relaxations produites par ce balayage en température présentent une transition à près de 2 fois la température critique attendue. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous donnons l'interprétation des résultats de la diffraction neutronique inélastique par l'étude des champs électriques cristallins. Ces mesures ont été effectuées sur des aimants frustrés SrHo2O4 et SrDy2O4 sous la forme de poudre. L'étude des niveaux produits par les champs cristallins par la méthode des opérateurs de Stevens indique une perte du moment cinétique dans les deux matériaux. Pour le SrDy2O4, l'état fondamental serait constitué de quatre états dégénérés quasi accidentellement qui portent un moment magnétique total non-nul. Toute fois, nos mesures de susceptibilité magnétique ne montrent aucun ordre au-dessus de 50mK. Pour le SrHo2O4, le fondamental est formé d'une paire accidentelle. Nous obtenons un moment magnétique de 6.94(8)$\mu_B$ ce qui s'accorde avec les données expérimentales. / In the first part of this thesis, we present our muon spectroscopy results of the non-centrosymmetric superconductor LaRhSi3. Zero magnetic field measurements showed no internal field, suggesting at most a very small triplet component in the superconducting wave function. A temperature scan taken in 35G transverse-field geometry showed a phase transition at Hc1. The asymmetry of the muon relaxation spectrum measured at 20mK and field of 150G, which is between the lower and upper critical fields, shows a faster relaxation rate compared to the spectrum obtained at 4K, a behaviour expected in the presence of vortices in the type II superconductor. However, the temperature dependence of the relaxation rate begins to increase all the way to a temperature twice Tc of LaRhSi3 in a field of 150G. In the second part of this document, we present the interpretation of inelastic neutron scattering by crystalline electric fields. These measurements were carried out on powder samples of frustrated quantum magnets SrHo2O4 and SrDy2O4. Using Stevens operators method, we determined the level scheme du to crystalline electric field effects using a point charge model and fitted it to the experimental data. For the SrDy2O4 we found a ground state that appears to be composed of four quasi-accidental degenerate states that carry a non zero magnetic moment even though susceptibility measurements did not indicate magnetic order above 50mK. For the SrHo2O4, the ground state is a pair with a 6.98(8)$\mu_B$ magnetic moment. This lat value fots with experimental data.

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux d’électrodes positives pour batteries au lithium. Nos recherches se sont principalement orientées vers les matériaux de type phosphates de métaux de transition, et notamment vers la famille des tavorites de composition (Li,H)FePO4(OH), qui présente une structure tridimensionnelle comportant plusieurs types de tunnels propices à l’insertion d’ions lithium. La structure du matériau LiFePO4(OH) a ainsi été parfaitement résolue, de même que celle du matériau FePO4.H2O, qui est un nouveau phosphate de fer (III) découvert au cours de ces travaux. Ces deux matériaux, ainsi que ceux obtenus par traitement thermique de la phase FePO4.H2O, ont été caractérisés à l’aide de différentes techniques d’analyse physico-chimiques. Leur comportement électrochimique vis-à-vis de l’intercalation / désintercalation du lithium a été étudié, ainsi que les mécanismes redox et structuraux associés mis en jeu. / This work deals with the synthesis and characterization of new positive electrode materials for lithium batteries. Our researches were mainly focused on phosphates of transition metals, and especially on the tavorite-type materials of composition (H,Li)FePO4(OH). Their structure is characterized by a three-dimensional network with different types of tunnels, which can host inserted lithium ions. In this context, LiFePO4(OH) structure was perfectly solved, as well as that of FePO4.H2O, which is a new iron (III) phosphate discovered during this work. These two materials, together with those obtained by heat-treatment of FePO4.H2O, were characterized using different analytical techniques. Their electrochemical behavior toward intercalation / deintercalation of lithium was also studied, as well as the structural and redox processes involved.

Nos efforts se sont portés sur des fluorophosphates de structure TAVORITE de formule LiMPO4F (M = V, Fe, Ti) et LiVPO4O qui, comparés à d’autres familles structurales de phosphates tels que Li3M2(PO4)3 (NASICON) ou LiFePO4(OH) (Tavorite) possèdent d’excellentes densités d’énergie théorique comme matériaux d’électrodes dans des accumulateurs au Li. Des méthodes de synthèse reproductibles, par voie céramique en tubes scellés et/ou ionothermale (synthèse à basse température), ont été mises au point dans ce travail. Les matériaux ainsi préparés ont été caractérisés en détail par magnétométrie, par RMN et surtout par diffraction des rayons X et des neutrons. Les structures cristallines ont ainsi pu être déterminées ainsi que les mécanismes d’insertion/extraction du Li+, via de nombreuses études par diffraction X insitu lors de la charge/décharge des accumulateurs. / This work focused on TAVORITE-based fluorophosphates LiMPO4F (M = V, Fe, Ti) and LiVPO4O which, when compared with other phosphate structural families such as Li3V2(PO4)3 (NASICON) or LiFePO4(OH) (Tavorite), possess superior energy density as electrode materials for Li batteries. Reproducible synthesis procedures were developed through “classical” ceramic routes in sealed containers and/or low temperature ionothermal reaction. The obtained materials were characterized by magnetometry, solid state NMR and heavily by X-Ray and Neutron diffraction. The crystal structures of all the materials were determined, as well as the mechanisms of Li+ insertion/extraction through insitu X-Ray diffraction during electrochemical charge/discharge of the batteries.

Cette thèse propose un regard nouveau sur l'étude du mécanisme de conversion de spin à l'aide de la diffraction des rayonnements X et neutronique. Cette technique est mise en œuvre de manière originale et permet d'obtenir des résultats inédits. Notre travail s'articule autour de l'exploration pionnière de cristaux à conversion de spin par la diffraction des neutrons, par l'obtention de films structuraux via de la diffraction X multi-températures et par l'étude de l'évolution de la qualité cristalline au fil des transitions. Les avancées de ce travail concernent aussi bien le niveau fondamental, apportant des informations de base sur le phénomène de conversion de spin, que le niveau expérimental, ouvrant de nouvelles voies d'investigation, en allant jusqu'à des éléments intéressants le domaine de l'application industrielle. Au niveau expérimental, l'étude multi-structurale proposée a permis, grâce à l'acquisition d'une quantité d'information considérable, l'élaboration d'un film de la conversion de spin, permettant de visualiser quasiment en continu toutes les modifications structurales induites par la conversion de spin. Les résultats fondamentaux qui en ont découlé concernent le mécanisme de commutation depuis l'échelle atomique jusqu'à celle de l'arrangement cristallin. L'étude de ce dernier a aussi été réalisée par diffraction neutronique qui permet la description des liaisons hydrogène dont le rôle, pourtant clef dans les matériaux moléculaires, est aujourd'hui peu étudié dans les complexes à conversion de spin. Enfin, la fatigabilité cristalline en relation avec le phénomène de conversion de spin a été abordée via un protocole expérimental pionnier mis en œuvre au laboratoire. Appliquée à l'évolution d'un complexe à conversion graduelle, cette approche expérimentale a mis en évidence un vieillissement du cristal au fil des cycles de conversion, et semble révéler un lien entre fatigabilité et structure macroscopique du système. / This thesis suggests a new perspective on the study of the mechanism of spin conversion using the diffraction of X-rays and neutrons. This technique is implemented in an original way and leads to unprecedented results. Our work focuses on the pioneer exploration of spin conversion complexes by neutron diffraction, by obtaining structural films via multi-temperature X-ray diffraction and by the study of the crystalline quality over spin crossovers. The progress of this work relates to both the fundamental level, providing crucial information on the phenomenon of spin conversion, and the experimental level, opening new avenues of investigation. At the experimental level, the multi-structural study has led, through the acquisition of a considerable quantity of data, to the production of a spin-crossover film, allowing to visualize almost continuously all structural changes induced by the spin conversion. Fundamental results concern the switching mechanism from the atomic to the the crystal packing scale. The study of the crystal packing was also carried out by neutron diffraction, which allows the description of hydrogen bonds whose role, yet key in molecular materials, is nowadays only rarely studied in the spin crossover complex field. Finally, the crystalline fatigability in connection with the phenomenon of spin crossover has been addressed through an experimental protocol implemented in the laboratory. Applied to the evolution of a gradual spin crossover complex, this experimental approach has highlighted the crystal aging over conversion cycles, and makes a link between fatigability and macroscopic structure of the system.

Les alliages aluminium-silicium (Al-Si) ont attiré une attention considérable en raison de leur importance pour les applications industrielles. Dans le présent travail, des alliages à haute pureté (Al-12.7 wt. % Si) avec et sans ajout de strontium (400 ppm), solidifiés lentement en creuset ou de façon dirigée (DS), ont été préparés et traités thermiquement. L'influence de l'ajout de strontium et des post-traitements thermiques sur les caractéristiques microstructuraux et cristallographiques des phases eutectiques a été étudiée de façon systématique. Les caractéristiques de croissance du silicium eutectique (Si) dans l'alliage non modifié ainsi que dans l'Al-12.7Si Sr-modifié ont été étudiés. Pour le cas du non-modifié, la formation répétée de variantes de macles mono-orientées permet une croissance rapide du silicium eutectique selon le mécanisme twin plane re-entrant (TPRE). Microscopiquement, les cristaux de silicium ont une forme de plaque allongée dans la direction <1 1 0> non conforme à la croissance selon <1 1 2> présumée par le modèle TPRE. L'élongation selon <1 1 0> est réalisée par des paires en zigzag <1 1 2> sur des plans de maclage parallèles, conduisant à une disparition alternative et à la création de macles rentrantes à 141°. Ce mécanisme de croissance permet aux cristaux de silicium de n'exposer que les plans {1 1 1} à faible consommation d'énergie à la consolidation. Pour les alliages modifiés au strontium, des changements importants de morphologie apparaissent dans le silicium eutectique, attribuable à la croissance de TPRE restreinte et au maclage induit par les impuretés (IIT). Ce dernier améliore la croissance latérale en formant de nouvelles macles avec des plans de macles parallèles, tandis que le second conduit à une croissance isotrope en formant des macles orientées différemment. Le traitement thermique provoque l'affinement des grains des deux phases eutectiques. L'affinement de l'α-Al se produit en même temps que la fragmentation et la sphéroïdisation du silicium et est principalement lié à la fracture des grains de silicium en raison de leur capacité limitée à accommoder la très grande dilatation thermique l'α-Al, ainsi qu'à la diffusion des atomes d'aluminium au cours du traitement thermique. La rupture du silicium génère une force de "capillarité" qui active la diffusion d'atomes d'aluminium dans la fissure. En raison du caractère de substitution de la diffusion de l'aluminium, la migration des lacunes vers l'intérieur de l'α-Al est induite lorsque l'aluminium se déplace dans les fissures, ainsi les vides de la fracture du silicium sont transférés à l'α-Al. De cette façon, les cristaux d'α-Al sont altérés et déformés. Les défauts cristallins produits, à leur tour, initient la restauration et même la recristallisation du α-Al, ce qui entraîne une diminution de taille de grain. La phase α-Al dans l'alliage de Al-12.7Si-0.04Sr solidifiée directionnellement, affiche une forte texture de fibre <1 0 0> parallèle à la direction de solidification. De très gros grains <1 0 0> α-Al sont principalement formés à la périphérie de l'échantillon cylindrique en raison des directions d'évacuation de chaleur favorables disponibles pour les trois directions [1 0 0]. Après traitement thermique, l'intensité de la texture de la phase α-Al diminue en raison de la restauration et de la recristallisation, mais le type de texture ne change pas. Pour la phase de silicium eutectique dans l'alliage de coulée, il y a deux fibres principales de texture, <1 0 0> et <1 1 0> parallèles à la direction de solidification, accompagnées de deux composantes faibles, <2 2 1> et <1 1 3> dans la même direction. Les fibres <1 0 0> et <1 1 0> correspondent à des grains de silicium situés sur la périphérie et dans le centre de l'échantillon. Les composantes <2 2 1> et <1 1 3> proviennent de plusieurs macles de grains orientés <1 1 0> et <1 0 0>. Les faibles intensités de ces deux composantes sont liées à leur fraction volumique mineure [...] / Al-Si alloys have attracted considerable attention due to their importance to industrial applications. In the present work, both crucible slowly solidified and slowly directionally solidified (DS) high-purity Al-12.7 wt. % Si alloys with and without 400 ppm Sr addition have been prepared and heat treated. The influence of Sr addition and post heat treatments on the microstructural and crystallographic features of the eutectic phases has been systematically studied. The growth characteristics of eutectic Si in the unmodified and the Sr-modified Al-12.7Si alloys were investigated. For the non-modification case, the formation of repeated single-orientation twin variants enables rapid growth of eutectic Si according to the twin plane re-entrant (TPRE) mechanism. Microscopically, Si crystals are plate-like elongated in one <1 1 0> direction that is not in accordance with the <1 1 2> growth assumed by the TPRE model. The <1 1 0> extension is realized by paired <1 1 2> zigzag growth on parallel twinning planes, leading to alternative disappearance and creation of 141° re-entrants. This growth manner ensures Si crystals to expose only their low-energy {1 1 1} planes to the melt. For the Sr-modification case, substantial changes appear in eutectic Si morphology, attributable to the restricted TPRE growth and the impurity induced twinning (IIT) growth. The first enhances lateral growth by forming new twins with parallel twinning planes, while the second leads to isotropic growth by forming differently oriented twins. Heat treatment brings about refinement of both eutectic phases. The refinement of the α-Al occurs concomitantly with the fragmentation and spheroidization of Si and is mainly related to the fracture of the Si crystals due to their limited capacity to accommodate the giant thermal expansion of the α-Al and the diffusion of Al atoms to the cracks during the heat treatment. The Si fracture generates “capillarity” force that activates the diffusion of Al atoms to the gap of the crack. Due to the substitutional feature of Al diffusion, the migration of vacancies toward the interior of the α-Al is induced when Al moves to the gaps, thus the voids of the Si fracture are transferred to the α-Al. In this way, the crystals of α-Al are distorted and defected. The produced crystal defects, in turn, initiate recovery and even recrystallization of the α-Al, resulting in grain refinement. The α-Al phase in the directionally solidified Al-12.7Si-0.04Sr alloy, displays a strong <1 0 0> fiber texture in the solidification direction. Giant <1 0 0> α-Al grains are mainly formed in the outer circle region of the cylindrical specimen due to the favorable heat evacuation directions available for the three <1 0 0> directions. After heat treatment, the texture intensity of the α-Al phase decreases due to the recovery and recrystallization, but the texture type does not change. For the eutectic Si phase in the as-cast alloy, there are two main fiber texture components, <1 0 0> and <1 1 0> in the DS direction, accompanied by two weak components, <2 2 1> and <1 1 3> in the same direction. The <1 0 0> and <1 1 0> components are from Si crystals located in the outer circle and center regions of the cylindrical specimen. The <2 2 1> and the <1 1 3> components are from multiple twins of the <1 1 0> and <1 0 0> oriented crystals. The weak intensities of these two components are related to their minor volume fraction. Once heat treated, the twinned parts with minor volume fractions enlarge at the expense of their twin related matrix, thus the <1 1 0> component is weakened and accompanied by the intensification of the components from the twins. The disappearance of the <1 1 3> component and the appearance of the <1 1 5> component are due to crystallographic rotation of Si crystals during their fragmentation

Trois systèmes ternaires (SAS, BAS et ZAS) ont été étudiés dans le cadre de la thèse. Les principaux objectifs étaient l’élaboration et la caractérisation de verres aluminosilicatés de Sr, Ba et Zn peu étudiés auparavant. Une étude systématique a été réalisée sur des aluminosilicates vitreux et dans certains cas sur des aluminosilicates fondus avec différents rapports MO/Al₂O₃ (M = Sr, Ba, Zn) et SiO₂/Al₂O₃. Les compositions étudiées couvrent une partie significative des diagrammes ternaires (des silicates aux verres peralumineux, des compositions pauvres en silice à celles riches en silice). Cela a permis d'accroître nos connaissances sur les domaines de vitrification de ces systèmes. Afin d’obtenir des informations sur la structure et les propriétés macroscopiques des verres SAS, BAS et ZAS, une approche multi-technique a été mise en place. Une telle approche permet d’avoir une vue d’ensemble sur les systèmes étudiés et de trouver des origines nano- à microscopiques aux propriétés macroscopiques. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, la diffractométrie de neutrons et la spectroscopie Raman ont été utilisées au cours de la thèse afin de sonder l'échelle à courte et à moyenne distance. Les propriétés macroscopiques mesurées ont été : la densité, la viscosité et la température de transition vitreuse. Les données issues de cette thèse permettent une meilleure compréhension des changements de structures et des propriétés macroscopiques des verres aluminosilicatés produits par les variations de MO/Al₂O₃ ou SiO₂/Al₂O₃, ou par la nature des cations non-formateurs de réseau. / Three ternary systems (SAS, BAS and ZAS) have been investigated within the framework of the PhD thesis. The main goals were the elaboration and characterization of previously poorly studied Sr, Ba and Zn aluminosilicate glasses. A systematic study has been carried out on glasses and in some cases on melts with various MO/Al₂O₃ (M = Sr, Ba, Zn) and SiO₂/Al₂O₃ ratios. The compositions studied cover a significant part of the ternary diagrams (from silicates to peraluminous glasses, from silica-poor to silica-rich compositions). This allowed expanding our knowledge of the vitrification domains in these systems. In order to obtain information on the structure and macroscopic properties of SAS, BAS and ZAS glasses, a multi-technique approach has been implemented. Such approach allows having a broad view on the systems and finding nano- to microscopic origins of macroscopic properties. The techniques used during the thesis probe short- (NMR, ND) to medium-range (Raman) scale and among the properties studied were density, viscosity and glass transition temperature. The data resulting from this thesis provides a better understanding of the changes in the structure and macroscopic properties of the aluminosilicate glasses produced by variations in MO/Al₂O₃ or SiO₂/Al₂O₃, or by the nature of non-network forming cation.

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.

Il est désormais possible, en utilisant le modèle de densité électronique résolue en spin (CRM2), de combiner les diffractions des rayons X et des neutrons (polarisés) pour déterminer les distributions électroniques de charge et de spin de matériaux magnétiques cristallins. Cette méthode permet la mise en évidence des chemins d’interactions rendant compte de l’ordre magnétique. Le modèle résolu en spin a été appliqué aux complexes de coordination avec un métal de transition portant la majorité du moment magnétique, il a été ensuite utilisé pour étudier les radicaux purs organiques contenant des électrons non appariés délocalisés sur un groupement chimique et les matériaux inorganiques. Dans le radical Nit(SMe)Ph, la modélisation des densités de charge et de spin a permis, en accord avec les résultats antérieurs, de montrer que le spin est délocalisé sur le groupe O-N-C-N-O (fonction nitronyle nitroxyde). Elle a également permis de montrer l’implication des liaisons hydrogène dans les interactions magnétiques ferromagnétique observé en dessous de 0.6K. Cette étude a mis en évidence une répartition dissymétrique de la population de spin sur les deux groupes N—O dont seuls les calculs CASSCF permettent de reproduire l’amplitude. Cette dissymétrie proviendrait d’une combinaison d’effets moléculaires et cristallins. Dans le radical p-O2NC6F4CNSSN de la famille des dithiadiazolyles, la modélisation par affinement joint montre que la majorité du spin est porté par le groupement –CNSSN en accord avec les travaux antérieurs. Grace aux propriétés topologiques de la densité de charge, des interactions halogène, chalcogène et π ont été mis en évidence. Certaines de ces interactions favorisent des couplages magnétiques, notamment les contacts S…N2 entre molécules voisines pouvant contribuer à l’ordre ferromagnétique observé à très basse température (1.3K). Quant au matériau inorganique, YTiO3, les densités de charge en phases paramagnétique et ferromagnétique ont été déterminées ainsi que la densité de spin dans la phase ferromagnétique. Les résultats de cette étude montrent que les orbitales d les plus peuplées en électrons de l’atome de Ti sont dxz et dyz.. L’ordre orbital présent dans ce matériau est observé à 100 et à 20 K suggérant que l’ordre orbitalaire est lié à la distorsion des octaèdres. La fonction d’onde de l’électron non apparié est une combinaison linéaire de ces orbitales t2g / X-ray and neutron diffraction methods can be combined to determine simultaneously electron charge and spin densities in crystals based on spin resolved electron density model developed at CRM2. This method enables to carry out the study of interaction paths leading to the observed ferromagnetic order. First applications of this model were to coordination complexes, where the unpaired electron is mainly located on the transition metal, then generalized to explore organic radicals and to inorganic materials. In radical Nit(SMe)Ph, the modeling of the experimental charge and spin densities showed localization of spin density on O-N-C-N-O group (nitronyl -nitroxyde function), in agreement with previous works. It is also evidenced the involvement of the hydrogen bonds in the magnetic interactions leading to the ferromagnetic transition at very low temperature (0.6K). This study revealed dissymmetrical spin population of the two N-O groups that only CASSCF-type calculations can reproduce in amplitude (not DFT). This dissymmetry originates from both molecular and crystal effects. In radical p-O2NC6F4CNSSN belonging to the family of dithiadiazolyl, the joint refinement showed that the majority of the spin is distributed on -CNSSN group in agreement with the previous works. From topological properties of the charge density, halogen, chalcogen and π interactions have been highlighted. The most important magnetic interactions are observed through the network formed by contacts S ... N2 between neighboring molecules leading to the ferromagnetic order below 1.23K. Concerning the inorganic material, YTiO3, the charge densities in both paramagnetic and ferromagnetic phases and spin density were modelled. The results show that the most populated d orbitals of Ti atom are dxz and dyz. The orbital ordering evidenced in this material is observed at 100 and 20 K due to the orthorhombic distorsion. The wave function of the unpaired electron is a linear combination of these particularly populated t2g orbitals