Le développement des nanotechnologies a permis à la médecine de progresser là où lesméthodes traditionnelles de diagnostic et de thérapie connaissaient certaines limites. La manipulationet le contrôle de l'infiniment petit permet aujourd'hui de créer des systèmes adaptés à l'environnementcellulaire.Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au potentiel des nanoparticules magnétiques d'oxydede fer en nanomédecine et notamment à l'utilisation de leurs propriétés magnétiques particulièrespour la mise au point de nouveaux matériaux pour la délivrance de principe actif par activationthermomagnétique. Notre système est constitué d'un hydrogel physique biocompatible, denanoparticules magnétiques et d'émulsions de mésophases lipidiques (Isasomes). Les Isasomes sontdes dispersions de systèmes auto assemblés qui selon la température peuvent changer de structure(phases hexagonales, cubiques,...). L'ajout d'un principe actif aux Isasomes peut aussi modifier leurstructure interne ; des mesures de SAXS ont permis de confirmer cet effet. Ces émulsionsnanostructurées ont servi de réservoir aux molécules modèles de principe actif (le radical TEMPO).Après activation magnétique, la diffusion contrôlée du principe actif hors de l'hydrogel a été suivie parRPE. Enfin, les nanoparticules ont été fonctionnalisées de façon à concevoir un hydrogel réticulé parles nanoparticules magnétiques. Les diverses étapes de la fonctionnalisation ont été validées pardifférentes techniques expérimentales (Diffraction de rayons X, MET, Raman, IRTF, Zétamétrie, ATG,XPS).

Le développement des nanotechnologies a permis à la médecine de progresser là où lesméthodes traditionnelles de diagnostic et de thérapie connaissaient certaines limites. La manipulationet le contrôle de l’infiniment petit permet aujourd’hui de créer des systèmes adaptés à l’environnementcellulaire.Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au potentiel des nanoparticules magnétiques d’oxydede fer en nanomédecine et notamment à l’utilisation de leurs propriétés magnétiques particulièrespour la mise au point de nouveaux matériaux pour la délivrance de principe actif par activationthermomagnétique. Notre système est constitué d’un hydrogel physique biocompatible, denanoparticules magnétiques et d’émulsions de mésophases lipidiques (Isasomes). Les Isasomes sontdes dispersions de systèmes auto assemblés qui selon la température peuvent changer de structure(phases hexagonales, cubiques,…). L’ajout d’un principe actif aux Isasomes peut aussi modifier leurstructure interne ; des mesures de SAXS ont permis de confirmer cet effet. Ces émulsionsnanostructurées ont servi de réservoir aux molécules modèles de principe actif (le radical TEMPO).Après activation magnétique, la diffusion contrôlée du principe actif hors de l’hydrogel a été suivie parRPE. Enfin, les nanoparticules ont été fonctionnalisées de façon à concevoir un hydrogel réticulé parles nanoparticules magnétiques. Les diverses étapes de la fonctionnalisation ont été validées pardifférentes techniques expérimentales (Diffraction de rayons X, MET, Raman, IRTF, Zétamétrie, ATG,XPS). / The development of nanotechnology led to significant progress in medicine especially wheretraditional methods of diagnosis and therapy showed limits. The manipulation and control of thephysics at the nanoscale offered new opportunities for creating systems tailored to the cellularenvironment. In this work, we were interested in the high potential of magnetic nanoparticles of ironoxide in medicine. In particular, we would like to use their peculiar magnetic properties for developingnew materials for the delivery of active compounds through thermomagnetic activation. Our systemconsists of a biocompatible hydrogel with confined magnetic nanoparticles and lipid-based emulsions,called Isasomes. Those are dispersions of lipid mesophases (hexagonal, cubic,…) that can be tunedby temperature or composition. The incorporation of an active compound into the Isasomes canequally modify their internal structure as confirmed by SAXS measurements. These nanostructuredemulsions are used here as reservoirs for model molecules (radical TEMPO), which are trapped intothe hydrogel. After magnetic activation, the controlled release of TEMPO outside the hydrogel hasbeen followed by Electron Paramagnetic Resonance (EPR). Finally, magnetic nanoparticles havebeen functionalized and connected to hyaluronic acid in order to design a crosslinked hydrogel. Thevarious steps of functionalization have been checked by various experimental techniques (Xrays,Raman spectroscopy, TEM, FTIR, zetametry, TGA, XPS).

Les pièces polycristallines de grenat de fer et d'yttrium Y₃Fe₅O₁₂ (YIG) utilisées en hyperfréquences doivent présenter une densité très proche de la valeur théorique. Industriellement, ces pièces sont élaborées par frittage de la poudre qui est préparée par réaction entre les oxydes Y₂O₃ et Fe₂O₃. Ce travail concerne l'étude de deux procédés d'élaboration des poudres de YIG qui sont la réaction entre oxydes et la coprécipitation. Dans les deux cas, la formation de la pérovskite de fer et d'yttrium YFeO₃ (YIP) précède la formation du grenat. Lors de la synthèse par coprécipitation, la quantité de YIP formée est cependant fortement influencée par la présence d'impuretés ou de dopants (résidus de synthèse, substitution du fer par l'aluminium). L'influence des paramètres d'élaboration sur les caractéristiques physico-chimiques des poudres et leur aptitude au frittage est étudiée. Il apparait alors que les deux procèdes permettent l'obtention de pièces correctement densifiées présentant de faibles pertes magnétiques d'insertion. Tout écart a la stœchiométrie doit être évité, mais la détérioration des propriétés magnétiques n'est importante qu'à partir du moment où il y a présence dans le matériau d'une phase étrangère au grenat.

L'influence de paramètres de configuration et physico-chimiques sur la cinétique de réactions solide-solide sans dégagement gazeux est présentée. La méthode d'étude employée est l'analyse thermomagnétique qui permet de suivre l'évolution des phases d'un système solide. A partie des résultats concernant l'influence de la nature et de la pression des gaz lors de la synthèse du tungstate de fer Fe2WO6 des mécanismes faisant intervenir la sublimation et la condensation d'un des réactants ont été élaborés. L'étude des paramètres morphologiques a été effectuée sur le système NiO-WO3 et elle a mis en évidence l'influence des amas de trioxyde de tungstène sur les propriétés physiques et chimiques du mélange.

Nous proposons d'exploiter la convection thermomagnétique, phénomène caractéristique des Ferro fluides, pour améliorer les transferts de chaleur dans les transformateurs. Les équations régissant le système se composent des équations de Navier-Stokes dans l'approximation de Boussinesq, de l'équation de la conservation de l'énergie et des équations de la magnétostatique. Les simulations sont menées avec notre code de recherche parallélisé SFEMaNS (Spectral/Finite Element for Maxwell and Navier-Stokes) pour des géométries axisymétriques, utilisant une décomposition spectrale dans la direction azimutale et des éléments finis de Lagrange dans le plan méridien. Afin de résoudre ce problème spécifique, divers développements sont apportés à SFEMaNS, tels que l'implémentation des forces magnétiques de Kelvin et de Helmholtz. Le code est d'abord appliqué au refroidissement d'un solénoïde dans une cuve cylindrique contenant de l'huile de transformateur ou un ferrofluide à base d'huile de transformateur. Les résultats montrent que l'utilisation du ferrofluide diminue la température maximale du système grâce à la convection thermomagnétique et au changement des propriétés thermophysiques du fluide. L'influence de différents paramètres (fraction volumique de nanoparticules, présence d'un cœur ferromagnétique, propriétés magnétiques des nanoparticules) est étudiée. En particulier, les simulations confirment l'intérêt des nanoparticules magnétiques à faible température de Curie. Nous montrons également sur cet exemple que deux densités de force magnétique égales à un gradient près, telles que les forces de Kelvin et de Helmholtz, donnent le même écoulement. Un bon accord qualitatif est trouvé entre les résultats numériques et expérimentaux utilisant de l'huile de transformateur ou du ferrofluide. Le code est ensuite appliqué au refroidissement d'un système proche d'un transformateur de 40 kVA (20 kV/400 V). Les résultats montrent à nouveau une réduction de la température maximale grâce au ferrofluide. / We propose to make use of thermomagnetic convection, a characteristic phenomenon of ferrofluids, to improve heat transfer in transformers. The governing equations consist in the Navier-Stokes equations under the Boussinesq approximation, the energy conservation equation and the magnetostatics equations. The simulations are performed with the in-house parallel code SFEMaNS (Spectral/Finite Element for Maxwell and Navier-Stokes) for axisymmetric geometries, using a spectral decomposition in the azimuthal direction and Lagrange finite elements in the meridian plane. In order to solve this specific problem, various developments are brought to SFEMaNS, such as the implementation of the Kelvin and Helmholtz magnetic forces. The code is first applied to the cooling of a coil in a cylindrical tank containing either transformer oil or transformer oil-based ferrofluid. The results show that the use of the ferrofluid reduces the maximum temperature in the system due to thermomagnetic convection and the change of the fluid thermophysical properties. The influence of different parameters (volume fraction of nanoparticles, presence of a ferromagnetic core, nanoparticle magnetic properties) is investigated. In particular, the simulations confirm the benefit of magnetic nanoparticles with a low Curie temperature. We also show on this example that two magnetic body forces equal up to a gradient, such as the Kelvin and Helmholtz forces, give the same flow. A good qualitative agreement is found between the numerical and experimental results using transformer oil or ferrofluid. The code is then applied to the cooling of an electromagnetic system close to a 40 kVA (20 kV/400 V) transformer. The results show again a reduction of the maximum temperature when using ferrofluid.

Ce travail de thèse avait pour but de sélectionner et de mettre en forme des matériaux pour la récupération thermomagnétique de la chaleur fatale de basse énergie (T ≤ 232 °C). L’effet thermomagnétique s’explique par la variation de l’aimantation d’un matériau en fonction du champ magnétique appliqué et aussi de sa température. Cet effet permet, au travers de matériaux spécifiques, de convertir l’énergie thermique en énergie magnétique. Ce travail retient quatre types de composés intermétalliques avec des températures de Curie dans la gamme 50-150 °C. Les composés dérivés du ternaire LaFe13-χSiχ et trois séries de composés pseudobinaires Y2Fe17-xCoχ, Fe5-xMnχSn3 et Fe5-xMnχSi3. Les résultats de la littérature montrent que, pour le type LaFe13-χSiχ, la substitution du fer par le cobalt et l’hydruration du composé permettent d’élever la TC jusqu’à la gamme ciblée. Trois nuances ont été commandées au près d’Erasteel, et mises en forme par coulage en bande après mélange avec un polymère. Les autres composés ont été synthétisés au laboratoire. Les propriétés magnétiques et thermomagnétiques des composés ayant une TC dans la gamme ciblée ont été mesurées. Trois nuances de la série Y2Fe17-xCoχ ont été synthétisées en grande quantité et mises en forme par frittage naturel et par SPS. En parallèle des travaux sur les matériaux, un démonstrateur reposant sur le principe de la roue de Curie a été fabriqué. Des simulations thermiques et magnétiques complètent ce travail. Cette dernière partie montre l’importance de la thermique dans les systèmes de récupération thermomagnétique de la chaleur / This PhD work aimed to select and shape suitable materials for thermomagnetic recovery of low energy fatal heat (T ≤ 232 °C). Thermomagnetic effect is explained as a consequence of the magnetic field and temperature dependence of the magnetization. This effect enables specific materials to convert heat into magnetic energy. This work laid emphasis on four types of intermetallic compounds with TC in 50-150 °C range. Derivatives compounds of LaFe13-χSiχ ternary alloy and three pseudo-binaries series Y2Fe17-xCoχ, Fe5-xMnχSn3 and Fe5-xMnχSi3. Publications show that, for LaFe13-χSiχ type, substitution of iron by cobalt and hydruration make the TC rise to the targeted range of temperature. Three nuances have been ordered to Erasteel and shaped by tape casting. All of the other compounds have been synthesized by ourself.Magnetic and thermomagnetic properties of compounds matching the targeted temperature range were measured. We synthesised large quantity of three nuances of Y2Fe17-xCoχ and they were sintered by thermal treatment following cold compression forming or SPS direct method. A thermomagnetic heat recovery demonstrator, relying on the Curie wheel principle, was made in the laboratory. We carried out thermal and magnetic simulations of the thermomagnetic heat recovery system. We enlightened the paramount importance of thermal engineering for the design of thermomagnetic heat recovery systems