Les matériaux magnéto-électro-élastiques (MEE) sont l'association des matériaux piézo-électrique et piézo-magnétique qui présentent un couplage "magnéto-électrique". L'objectif de cette thèse est d'étudier d'une part, le comportement effectif de ces composites et d'autre part, la propagation des ondes planes dans le milieu homogène équivalent. Dans la première partie de la thèse, nous avons modélisé le comportement effectif des composites MEE à partir de la méthode de la moyenne. Nous avons d'abord établi les équations générales, ensuite nous avons traité le cas où chaque phase est supposée isotrope transverse suivant un axe et polarisée suivant la même direction. La loi de comportement obtenue, ainsi que les tenseurs effectifs du milieu homogène équivalent ont été établis. Les propriétés élastiques effectives sont influencées par les propriétés électriques et magnétiques et réciproquement. Nous nous sommes intéressés en particulier à deux types de composites : les stratifiés et les fibres longues. L'influence de la géométrie des constituants ainsi que la proportion des phases sur le comportement effectif ont été étudiées. La deuxième partie du travail a porté sur l'étude de la propagation d'ondes planes dans les stratifiés. En utilisant la méthode d'homogénéisation périodique, nous avons obtenu les équations de la dynamique dans le milieu homogène équivalent. La longueur d'onde considérée est supposée grande devant la périodicité spatiale. Une méthode de résolution numérique a été développée afin d'obtenir les courbes de dispersion. Nous avons obtenu ces courbes en fonction des proportions des phases constitutives. Bien que les trois propriétés: élastique, électrique, magnétique, contribuent au comportement oscillatoire global, l'onde conserve essentiellement une nature élastique. / The objective of this thesis is estimating fundamental properties and studying the propagation of waves in the equivalent homogeneous medium based on the periodic magneto-electro-elastic (MEE) composite. These artificial MEE media are realized by means of combining piezo-electric and piezo-magnetic materials, and featurea direct "magneto-electric" coupling. In the first part, we modeled the effective behavior of these composites applying the averaging method. First, we derived the general equations, then we treated a particular case a uni axial medium comprised of alternating layers of piezo-electric and piezo-magnetic phases and polarized in the direction normal to the surfaces of these layers. The law of behavior was obtained as well as the effective tensors of the equivalent homogeneous medium. The effective elastic properties are influenced by the magnetic and electrical properties and inversely. We were particularly interested in two types of materials: multi-layers (planar symmetry) and long fibers (cylindrical symmetry). The influence of the geometry of these components on the effective behavior was revealed. The second part of the study focuses on the propagation of plane waves in the case of periodic multilayer structures. Using the periodic homogenization method, we obtained the effective tensors and the equations of propagation of elasto-electro-magnetic plane waves. The wavelength is supposed much larger than the spatial period of the investigated structure, hence the quasi-static approximation for the equations of electromagnetic could be used. The chosen method has allowed estimation of the wave frequency as a function of the wave number, the corresponding dispersion curves were plotted for a wide range of proportions of the constituent materials. Although all the three properties, mechanical, electrical and magnetic contribute to the global oscillatory behavior, the wave is essentially elastic.

L’objectif des travaux de cette thèse est la réalisation de capteurs magnétiques à ondes élastiques de surface (SAW). Nos études réalisées dans ce cadre se sont focalisées sur la modélisation et la réalisation de dispositifs magnéto-élastique SAW à base de structures multicouches sensibles au champ magnétique. Une géométrie multicouche offrant plusieurs degrés de libertés permettant d’agir sur les performances du capteur a été considérée. La configuration de cette structure est : Substrat piézoélectrique/électrodes interdigitées/Couche isolante/Couche sensible magnéto-élastique. Les différents paramètres de la structure, notamment les épaisseurs des différentes couches et leurs natures ont été optimisées théoriquement au regard du facteur de qualité, du facteur de couplage électromécanique et de la sensibilité au champ magnétique. Des dispositifs utilisant les configurations optimales ont été réalisés et caractérisés et leurs performances comparées au prédiction théoriques. Nous avons montré que le capteur peut être conçu pour répondre aux besoins de l’application en ce qui concerne la gamme de l’intensité du champ à mesurer et de la sensibilité visée. Ainsi le CoFeB utilisé comme couche sensible magnéto-élastique permet une meilleure sensibilité mais sur une étendue étroite du champ magnétique alors que le nickel permet d’étendre la gamme de mesure mais avec moins de sensibilité. Nous avons également montré que l’utilisation comme couche isolante de matériau dur comme l’alumine permet une meilleure sensibilité. Cette sensibilité est également fortement augmentée pour un fonctionnement à hautes fréquences / The aim of this Ph.D. Thesis is to study piezo-magnetic surface acoustic wave (SAW) sensor. Accurate and fully coupled physical model was numerically implemented in order to investigate the sensitivity of SAW devices using the magneto-elastic interaction with an external magnetic field. The different parameters of the structure, including the thicknesses of the various layers and their natures were theoretically optimized with regard to the quality factor, the electromechanical coupling factor and the sensitivity to the magnetic field. Devices using the optimal settings have been made and characterized, and their performance compared to the theoretical prediction. We have shown that the sensor can be designed to meet the needs of the application as regards the range of the field strength to be measured and the target sensitivity. Thus the CoFeB used as magneto-elastic sensitive layer provides better sensitivity but on a narrow stretch of the magnetic field while the nickel expands the measurement range but with less sensitivity. We have also shown that the use of hard material as insulating layer, such as alumina, allows better sensitivity. This sensitivity is also greatly increased when the sensor is operating at high frequencies