Le réchauffement climatique par son ampleur et sa complexité, pose plusieurs points d'interrogation sur l'avenir de notre planète. Un des moyens proposés pour ralentir ce processus est la réduction de la production des gaz à effet de serre. Les domaines de la réfrigération essaient de se renouveler pour répondre aux nouvelles normes écologiques et l'une des alternatives les plus prometteuses est la réfrigération magnétique reposant sur l'effet magnétocalorique. Ce mémoire porte sur la recherche de nouveaux matériaux magnétoréfrigérants à large zone de travail et s'inscrit directement dans cet enjeu environnemental et économique qui vise à remplacer les systèmes de réfrigération classiques dans un futur proche. Dans un premier temps, nos travaux de recherche se sont focalisés sur les alliages Gd-Tb : différentes nuances de ces alliages permettraient d'élargir le domaine de travail en température. Leurs propriétés magnétocaloriques ont été déterminées et une première étude sur leur comportement en corrosion a été débutée dans différents fluides caloporteurs. Enfin, l'optimisation de leur mise en forme a été réalisée pour leur emploi dans le prototype de la société Cooltech Applications. Dans un second temps, nous avons étudié des composés monophasés comme les composés dérivant de Mn3GaC ou de Mn3Sn2 qui présentent plusieurs transitions magnétiques successives leurs conférant ainsi une large zone de travail. De nombreuses substitutions ont été réalisées simultanément sur les sites Mn et Sn du composé Mn3Sn2 continuant les travaux menés au sein de l'équipe sur Mn3Sn2 et ses dérivées depuis 2006 / The global warming by its scale and its complexity puts several questions on the future of our planet. One of the ways proposed to slow down this process is the reduction of the production of greenhouse gases. The domains of the refrigeration try to be renewed to answer the new ecological standards and one of the most promising alternatives is the magnetic refrigeration based on the magnetocaloric effect. This report concerns the research of new magnetorefrigerants with large temperature span and joins directly in this environmental and economic stake which aims at replacing the classic systems of refrigeration in a near future. At first, this research works focused on Gd-Tb alloys: various nuances of these alloys would allow to widen the temperature range. Their magnetocaloric properties were determined and a first study on their behavior in corrosion was begun in various coolants. Finally, the optimization of their shaping was realized for their use in the prototype of Cooltech Applications company. Secondly, we studied single-phase compounds as derivatives of Mn3GaC or Mn3Sn2 which present several successive magnetic transitions and thus a large temperature span. A lot of substitutions were simultaneously realized on the Mn and Sn sites of the compound Mn3Sn2 continuing the works led within the team on Mn3Sn2 and its derivatives since 2006

La première partie des travaux réalisés a été dédiée à l' élaboration de composés LaFe13-xSix (1,3 ¡U x ¡U 2,2) par broyage à haute énergie. Il a fallu déterminer les conditions de synthèse et de recuit optimales pour l'obtention d'échantillons monophasés. Leur homogénéité a été 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 min (au lieu de 30 jours pour les massifs) à 1373K suffit à l'obtention d'un composé quasi-monophasé. D'après les mesures magnétiques effectuées, les composés synthétisés par broyage mécanique ont des proprié¦tés magnétiques et magnétocaloriques similaires aux massifs. Ils présentent une transition métamagnétique des électrons itinérants induite par le champ ou la température. Leur température de Curie augmente avec le Si, variant de 200K à 235K pour x = 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 intermétalliques par l'insertion d'atomes interstitiels (H, C). Les mesures magnétiques ont montré une nette augmentation de la température de transition (jusqu'à Tamb.) par effet magnétovolumique tout en conservant un effet magnétocalorique important. Les analyses par diffraction des neutrons en température effectuées sur les composés deutérés ont permis de suivre l'évolution des données cristallographiques et des moments magnétiques par Fe. 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, les propriétés magnétocaloriques des composés Y1-xRxFe2D4,2 (R = Er, Tb) ont également été étudiés en couplant les études magnétiques avec des mesures de diffraction des neutrons

Des manganites de formule La0.67Ba0.33Mn1-xFexO3 et Pr0.67Ba0.33Mn1-xFexO3 ont étésynthétisés par voie céramique et leurs propriétés structurales et physiques ont été étudiées. Leséchantillons présentent une transition paramagnétique-ferromagnétique pour un taux de Fe £ 10%(resp. 5%) pour la série de La (resp. Pr) alors qu’un comportement type verre de spin est observéau delà de ces taux. Une transition métal-semiconducteur est associée aux transitionsferromagnétiques et un comportement semiconducteur sur toute la gamme de température estobservé lorsqu’il n’y a pas de transition ferromagnétique. Les propriétés physiques peuvents’interpréter par le mécanisme de double échange qui s’affaiblit pour des taux croissants desubstitution. La conduction métallique est due à la diffusion des électrons (par les phonons et lesjoints des grains) alors que le caractère semiconducteur est dû à la présence de polarons.L’étude magnétocalorique sur Pr0.67Ba0.33MnO3, Pr0.67Ba0.33Mn0.95Fe0.05O3, La0.67Ba0.33MnO3et La0.67Ba0.3Mn0.95Fe0.05O3 montre que nos matériaux sont prometteurs pour être utilisés dans latechnologie de la réfrigération magnétique. / Manganites of formula La0.67Ba0.33Mn1-xFexO3 and Pr0.67Ba0.33Mn1-xFexO3 were synthesizedby ceramic route and their structural and physical properties were studied. The samples exhibit aparamagnetic-ferromagnetic transition for Fe rate £ 10% (resp. 5%) for the La (resp. Pr) series,while a typical behavior of spin glass is observed beyond this rate. This ferromagneticparamagnetictransition is associated to a metallic-semiconductor transition and a semiconductorbehavior throughout the whole temperature range is observed when there is no ferromagnetictransition. The physical properties can be interpreted by the double exchange mechanism whichweakens for increasing rates of substitution. The metallic conduction is due to electron scattering(by phonon and grain boundaries), while the semiconductor character is due to the presence ofpolarons.Magnetocaloric study for Pr0.67Ba0.33MnO3, Pr0.67Ba0.33Mn0.95Fe0.05O3, La0.67Ba0.33MnO3 andLa0.67Ba0.3Mn0.95Fe0.05O3 shows that our materials are promising to be used in magneticrefrigeration technology.

La première partie des travaux réalisés a été dédiée à l' élaboration de composés LaFe13-xSix (1,3 ¡U x ¡U 2,2) par broyage à haute énergie. Il a fallu déterminer les conditions de synthèse et de recuit optimales pour l'obtention d'échantillons monophasés. Leur homogénéité a été 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 min (au lieu de 30 jours pour les massifs) à 1373K suffit à l'obtention d'un composé quasi-monophasé. D'après les mesures magnétiques effectuées, les composés synthétisés par broyage mécanique ont des proprié¦tés magnétiques et magnétocaloriques similaires aux massifs. Ils présentent une transition métamagnétique des électrons itinérants induite par le champ ou la température. Leur température de Curie augmente avec le Si, variant de 200K à 235K pour x = 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 intermétalliques par l'insertion d'atomes interstitiels (H, C). Les mesures magnétiques ont montré une nette augmentation de la température de transition (jusqu'à Tamb.) par effet magnétovolumique tout en conservant un effet magnétocalorique important. Les analyses par diffraction des neutrons en température effectuées sur les composés deutérés ont permis de suivre l'évolution des données cristallographiques et des moments magnétiques par Fe. 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, les propriétés magnétocaloriques des composés Y1-xRxFe2D4,2 (R = Er, Tb) ont également été étudiés en couplant les études magnétiques avec des mesures de diffraction des neutrons / The first part of this work was devoted to the elaboration of the LaFe13-xSix (1.3 ¡Ü x ¡Ü 2.2) alloys by high energy ball-milling. The synthesis and annealing conditions were defined in order to obtain single phase samples. Their homogeneity was checked by X ray diffraction and electron microprobe analysis. The results show that a finer microstructure is convenient for the formation of the NaZn13 phase and that only a 30 minutes heat treatment at 1373K is sufficient to obtain almost single phase LaFe13-xSix compounds. This means that this way of synthesis is cost-effective, and interesting for industrial production. According to the magnetic measurements, the annealed ball-milled compounds show similar magnetic and magnetocaloric properties than the bulk ones. They exhibit an itinerant electron metamagnetic transition induced by a magnetic field or a temperature change. Their Curie temperatures increase with the Si content from 200K to 235K wh en x = 1.4 and 2.0 respectively, while their magnetic entropy variation decreases from 20 J/kg K to 4 J/kg K under a magnetic field change of 0-2 T. The second part of this study consisted to improve the magnetocaloric properties of the intermetallic compounds by the insertion of light elements (H and C). According to the literature, the magnetic measurements show a clear increase of the transition temperature until room temperature in both cases. Moreover, the giant magnetocaloric effect is maintained. The evolutions of the crystallographic data and the magnetic moment by Fe atom were analyzed by neutron powder diffraction in temperature. This work brings out how interesting are those compounds for their application in room temperature magnetic refrigeration devices. In the framework of new magnetocaloric systems investigation, the magnetic and magnetocaloric properties of the Y1-xRxFe2D4,2 (R = Er, Tb) compounds were studied. Neutron powder diffraction measurements were pe rformed in complement to magnetic measurements

Les travaux de cette thèse proposent le développement d’un procédé de fabrication de composants micro-structurés à base d’unmatériau magnétocalorique. A plus long terme, ces composants de type lame mince seront intégrés à des dispositifs deréfrigération magnétique. Leur réalisation par les procédés conventionnels tels que l’usinage n’est pas envisageable dansl’optique d’une industrialisation. La solution envisagée est basée sur la mise en forme de composants par réplication d’uncomposite magnétocalorique. Ce micro-composite est défini par le mélange des poudres magnétocaloriques hydrogénées detype La(Fe,Si)13 dans une matrice thermoplastique (PP, LDPE). Cette technique permet de bénéficier des avantages desprocédés de mise en forme des polymères comme l’extrusion ou le moulage par injection. Le développement d’un tel procédéest divisé en deux parties. La première partie concerne l’élaboration et la caractérisation du micro-compositemagnétocalorique. Les tests réalisés en mélangeur ont permis de proposer plusieurs formulations micro-compositesmagnétocaloriques selon différents taux de charge. Cette première partie du développement étudie les différents aspects dumatériau micro-composite comme la rhéologie et les propriétés magnétocaloriques des mélanges. La caractérisationrhéologique basée sur les tests au rhéomètre capillaire est réalisé afin d’évaluer la capacité de mise en forme des mélangesassociée au procédé d’extrusion-conformage. Les propriétés propres aux matériaux magnétocaloriques telles que la variationde température adiabatique (ΔT) et la température de Curie (Tc) sont investiguées. Le contrôle de la Tc par mesure DSC a misen évidence des problématiques de déshydrogénation des poudres liées à la température d’élaboration. L’impact du taux decharge en poudre est étudié par la mesure des ΔT permettant d’estimer les performances finales du micro-composite. Ladeuxième partie traite du développement du procédé de mise en forme par extrusion-conformage. Une ligne d’outillages dédiéeà l’extrusion-conformage des lames micro-structurées a été réalisée et validée à l’échelle du laboratoire. La stabilité de latempérature de Curie a été vérifiée tout au long du processus d’élaboration des composants micro-structurés. Les paramètresd’extrusion tels que la température d’extrusion ont pu être définis afin d’éviter la déshydrogénation des poudresmagnétocaloriques. Les composants extrudés sont caractérisés en termes d’homogénéité du taux de charge en poudre et detolérances géométriques aboutissant à la / This thesis proposes the development of a method of manufacturing micro-structured components made of a magnetocaloricmaterial. In the long term, these blade-type components will be integrated in magnetic refrigeration devices. On an industrialscale, their production by the conventional process, machining, is not possible. The solution proposed is based on shaping thecomponent by a replication process via a magnetocaloric composite material. This micro-composite is defined by the mixtureof hydrogenated magnetocaloric powders of La(Fe,Si)13 in a thermoplastic matrix (PP, LDPE). This technique allowsutilization of the polymer shaping process, extrusion. The development of this process is divided into two parts. The first partconcerns the development and characterization of the magnetocaloric micro-composite. Results from tests performed with themixer allow the proposal of several micro-composite formulations under different loading rates. These formulations are thenstudied for various aspects of micro-composite material. The rheological characterization based on capillary rheometer tests istaken to evaluate the shaping ability of the mixtures associated with the extrusion process. Specific properties ofmagnetocaloric materials such as the adiabatic temperature variation (ΔT) and the Curie temperature (Tc) are also investigated.The control of the Tc by DSC measurement highlighted problematic dehydrogenation of the powders as a result of theelaboration temperature. The impact of loading rate is studied by measuring the ΔT in order to estimate the final performanceof the micro-composite. The second part deals with the development of the shaping process by extrusion. A tooling linededicated to extrusion of the micro-structured blades is carried out and validated at the laboratory scale. The stability of Tc ischecked throughout the elaboration process of the micro-structured components. The extrusion parameters are defined to avoidthe dehydrogenation of magnetocaloric powders. The extruded components are characterized in terms of homogeneity of thepowder loading rate and geometric tolerances resulting in the validation of the developed process. The industrial transfer isnow possible to a large scale production.