Cette thèse traite de l'étude de matériaux intelligents pour la réalisation d'actionneurs multicouches pour le contrôle santé de structure dans l'aéronautique. Le travail a porté particulièrement sur l'optimisation des propriétés électriques et notamment piézoélectriques de films micrométriques de PZT et de PMNT. Ainsi, différents coefficients piézoélectriques de ces matériaux ont pu être étudiés grâce à la mise en place d'un banc de mesure par interférométrie laser. Il est apparu qu'en utilisant des électrodes de LNO, il était possible d'accroître leurs coefficients d33eff, d31eff, e31eff mais également leur permittivité. Des films minces de PMNT ont ensuite été épitaxiés sur des substrats de STO, ce qui a eu pour conséquence une nouvelle augmentation des propriétés du matériau. Enfin, l'étude des potentialités et de la croissance d'alliage magnétique à mémoire de forme, a été entreprise. Il est apparu que la mise au point de ce nouveau type de matériau pourrait être une voie intéressante pour la réalisation d'actionneurs couches minces à haute densité d'énergie. / This thesis de al with the study of smart materials bound to the realisation of multilayer actuator for the health control of aeronautic structures. The work has focussed on optimizing the electrical properties, and particularly piezoelectric properties , of micrometer films of PZT and PMNT. Thus, different piezoelectric coefficients of these materials have been studied through the establishment of a bench of measurement by laser interferometry. It was found that by using LNO electrodes, it was possible to increase their coefficients d33ef[, d31ef[, e31eff but also their permittivity. Thin films of PMNT were then growth on STO substrates. We obtain epitaxial films which has resulted in a further increase of the material properties. Finally, the study of the potentialities and the growth ofmagnetic shape memory alloy, has been undertaken. It appeared that the development of this new type of material could be an interesting path for the realization of thin films actuators with high energy density.

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Mon travail de thèse concerne l'étude des propriétés magnétiques des alliages de cobalt et de gadolinium (CoGd) ainsi que l'étude de la transition de réorientation de spin (SRT) dans les films ultra minces de cobalt. Les alliages entre terres rares et métaux de transition CoGd possèdent des propriétés magnétiques uniques. Bien étudiés à l'état massif, ils ont connu récemment un regain d'intérêt, en particulier pour l'étude de la dynamique ultrarapide de l'aimantation ainsi que pour tester les mécanismes du transfert de spin. La diversité des propriétés magnétiques observées dans des films minces de ces alliages est liée à une connaissance incomplète de la structure de ces échantillons. J'ai développée au cours de ma thèse une chambre de dépôt en ultra vide pour produire des couches minces d'alliage par coévaporation. J'ai montré comment, en utilisant plusieurs techniques complémentaires qui vont de l'effet Kerr magnéto-optique au dichroïsme magnétique en absorption et de l'EXAFS à la spectroscopie des photoélectrons, j'ai pu corréler les propriétés structurales et magnétiques des films. Une étude des propriétés magnétiques en fonction de la température d'un échantillon présentant une inhomogénéité latérale de composition illustre les potentiels ouverts par ces films dont le comportement est reproduit par un calcul de champ moyen. Les films ultra minces Pt/Co(5Å)/Pt présentent une anisotropie perpendiculaire au plan de la couche. En augmentant la température, l'anisotropie diminue jusqu'à une valeur critique pour laquelle elle ne permet plus de contrebalancer les effets dipolaires tendant à ramener l'aimantation dans le plan de la couche. Ce passage d'une aimantation hors du plan à une aimantation dans le plan s'appelle la transition de réorientation de spin (SRT). Dans les couches ultra minces Pt/Co (5Å)/Pt il est possible de contrôler les propriétés magnétiques grâce à un processus d'irradiation par des ions He et ainsi d'obtenir un échantillon présentant une SRT au voisinage de la température ambiante, permettant une observation plus aisée. Dans cette partie j'ai exposé les résultats expérimentaux, obtenus essentiellement par microscopie et magnétométrie Kerr, permettant d'identifier le mécanisme impliqué dans la SRT et de mettre en avant le rôle des fluctuations thermiques. L'étude se conclue par une comparaison des résultats expérimentaux aux modèles théoriques disponibles.

La thèse s'inscrit dans le cadre du projet GENOME « Gestion Optimisée de l'Energie » dont l'enjeu majeur est la conception d'un avion plus électrique. L'augmentation de l'efficacité énergétique et de la compacité des systèmes électriques de ces avions entraîne de fortes sollicitations en température. Ces sollicitations sont liées à la compacité des systèmes (réduction de masse et de volume) ainsi qu'à leur localisation par rapport aux sources chaudes (réacteur d'avion par exemple). De ce fait, les matériaux magnétiques des nouveaux convertisseurs électriques doivent pouvoir fonctionner sous des conditions de hautes températures, supérieures à 200°C. Il s'agit du polycristallin FeCoV dédié à la fabrication des tôles du stator et du rotor des génératrices rapides (situées à proximité des réacteurs) et le nanocristallin FeCuNuSiB dédié à la conception des inductances et transformateurs des convertisseurs statiques. Ce manuscrit s'intéresse à l'étude du vieillissement thermique de ces deux familles de matériaux magnétiques. Ces matériaux, fournis par la société APERAM, se déclinent sous plusieurs nuances et finitions. L'étude du vieillissement consiste en l'application de plusieurs essais de vieillissement continus sous différentes températures (jusqu'à 300 °C pour les FeCoV et 240 °C pour les nanocristallins). Plusieurs grandeurs macroscopiques magnétiques, électriques et mécaniques (pour les FeCoV) sont mesurées à chaque intervalle de vieillissement. Grâce à ces mesures macroscopiques et à des mesures complémentaires effectuées à l'échelle microscopique, des analyses sont faites et des hypothèses sont proposées afin d'expliquer les mécanismes de vieillissement de ces deux familles de matériaux et dans le but de proposer des modèles phénoménologiques fiables / The thesis takes part of the project GENOME “Gestion Optimisée de l’Energie” whose major issue is the design of the more electrical aircraft. The increase in the energy efficiency and the compactness of the electrical systems of these aircrafts lead to high temperature stresses. These thermal stresses are related to the compactness of the systems (reduction of mass and volume) as well as their location with respect to the hot sources (aircraft engine for example). Thus, the magnetic materials of the new electrical converters must be able to operate under conditions of high temperatures, above 200 °C. Typically, the FeCoV polycrystalline materials are dedicated to the fabrication of the stator and rotor sheets of the fast generators (located near the aircraft engine) and the FeCuNbSiB nanocrystalline materials are dedicated to the design of inductors and transformers of the static converters.This manuscript concerns the thermal ageing study of these two magnetic material families. These materials, supplied by the company APERAM, are available in several shades. The ageing study consists on applying several continuous ageing treatments at different temperatures (up to 300 °C for FeCoV and 240 °C for FeCuNbSiB). At each ageing step, several macroscopic properties namely: magnetic, electrical and mechanical (for the FeCoV materials) properties are measured. Using these macroscopic properties and complementary measurements carried out on a microscopic scale, analyses are made and hypotheses are proposed in order to explain the ageing mechanisms of these magnetic material families. The understanding of the magnetic ageing mechanisms is necessary towards establishing of phenomenological ageing models