L’objectif de ce travail est d’étudier les transitions de phases sol-gel et isotrope-nématique dans des suspensions de smectites dioctaédriques en fonction de la morphologie et de la nature minéralogique des argiles. Bien que tous les systèmes étudiés présentent une transition sol-gel à de faibles fraction volumique, la transition cristal-liquide isotrope-nématique n’a pu être identifiée que dans le cas de suspensions de smectites ayant un déficit de charge tétraédrique. L’effet de la localisation de la charge sur le comportement colloïdal a été déterminée à l’aide de la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et par des mesures rhéologiques. La nature des interactions électrostatiques dans ces suspensions est purement répulsive et rejette l’idée d’une structure tridimensionnelle de type « château de carte ». Cependant, les smectites ayant un déficit de charge tétraédrique sont plus répulsives et ont des propriétés viscoélastiques plus faibles que celles ayant un déficit octaédrique. Il a également été montré que la dépendance en taille de particules de la position de la transition sol-gel était liée à une statistique de piégeage hydrodynamique des plaquettes d’argile. Finalement, l’application de champs externes (électrique et magnétique) a permis d’obtenir l’alignement de la phase nématique tandis que dans la phase isotrope, le champ électrique induit un ordre antinématique parfait. Afin de préserver l’ordre induit, ces suspensions ont été polymérisées sous champ permettant l’obtention de nanocomposites orientées et structurés / The aim of this work is to study sol-gel and isotropic-nematic phases transitions in suspensions of dioctahedral smectites depending on the morphology and mineralogical nature of clays. Although all the systems studied exhibit a sol-gel at low volume fraction, the liquid-crystalline isotropic-nematic transition could be identified only in the case of smectites with tetrahedral charge deficit. The effect of charge location on the colloidal behavior was determined using small-angle X-ray scattering (SAXS) and rheological measurements. The nature of electrostatic interactions in these suspensions is purely repulsive and rejects the idea of the so-called “house of card” network. However, smectites with a charge deficit located in the tetrahedron are more repulsive and their viscoelastic properties are lower than octahedrally substituted clays. It was also shown that the particle size dependence of the volume fraction corresponding to the sol-gel transition c was related to a simple statistical hydrodynamic trapping of clay platelets. Finally, the application of external fields (electric and magnetic) has resulted in the alignment of the nematic phase while in the isotropic phase, the electric field induces a perfect antinematic order. To preserve the induced alignment, these suspensions were polymerized under the field to obtain perfectly aligned and patterned nanocomposites

Contrôle électrique du champ magnétique dans les films ferromagnétiques minces a attiré de grandes attentions comme une caractéristique prometteuse qui pourrait conduire à des appareils électroniques rapides, ultra-bas et non volatils. La clé pour réaliser de tels dispositifs est de modifier efficacement l'anisotropie magnétique. Dans cette thèse, le contrôle de l'anisotropie magnétique et de la dynamique des parois de domaine a été étudié dans diverses structures basées sur des films minces CoFeB et Pt / Co. Les propriétés magnétiques et diélectriques des films minces CoFeB / MgO avec une couche de recouvrement différente (Ta, HfO2, Al2O3) ont d'abord été étudiées pour trouver le matériau optimal de l'effet de champ électrique. La couche de coiffage montre un effet non négligeable sur l'anisotropie magnétique du film CoFeB et une constante diélectrique élevée de 45 est obtenue dans une structure MgO / HfO2.Un liquide ionique [EMI] [TFSI] a été utilisé pour promouvoir l'effet de champ électrique dans les films magnétiques. L'effet du champ électrique a été étudié dans le liquide CoFeB / MgO / ionique et les structures liquides ioniques CoFeB / MgO / HfO2 / ioniques. L'efficacité du champ électrique sur l'anisotropie magnétique pour ces deux structures est de 60 fJ / Vm et 82 fJ / Vm, respectivement. En attendant, le liquide ionique CoFeB / MgO / HfO2 / ionique présente une plus grande stabilité contre l'environnement et la tension, ce qui permet une commutation facile à l'axe de l'avion dans un avion. En outre, l'effet de champ électrique dans la structure liquide Pt / Co / ionique a été étudié. Un effet important et non volatil peut être observé. / This thesis focused on controlling magnetic anisotropy and domain wall dynamics in magnetic thin films. Thin CoFeB/MgO Ims with different capping layers were deposited to find suitable materials to fabricate a high performing E-field effect device. The E-field effect was studied in a Ta/CoFeB/MgO stack, a Ta/CoFeB/MgO/HfO2 stack and a Pt/Co/HfO2 stack assisted by ionic liquid gating. Large E-field effects on magnetic anisotropy were obtained and E-field effect on domain wall propagation, pining and depining were observed. The major conclusions of this thesis are listed below.Magnetic and dielectric properties of CoFeB/MgO/(Ta, HfO2 and Al2O3) havebeen studied.All studied samples show PMA with different values of HK. In as grown films,samples with Ta as protecting layer show the lowest HK. Highest HK is foundwhen capping with 30 nm HfO2 in 0.8nm (746 mT) and 1nm (218 mT) thickCoFeB films. After annealing at 290 degree, there is a general increase of HK. The largest HK of 1082 mT and 524 mT are found for 10 nm Al2O3 in 0.8 nmCoFeB samples and 1 nm CoFeB samples, respectively. HK can be varied up to 100 mT for 1 nm thick CoFeB samples and up to 220 mT for 0.8 nm thick CoFeB samples indicating a non-negligible effect of the capping layer on the surface magnetic anisotropy of thin films.A high dielectric constant of 45 is obtained in a MgO (2 nm)/HfO2 (30 nm) structure. The breakdown voltage increases with annealing temperature, however, there is a large decrease in the dielectric constant after annealing at 290 degrees. By decreasing the annealing temperature to 250 degree, the high dielectric constant can be preserved with an improved breakdown voltage. Aging effect on HK and -K2/K1 of samples with different capping layers has been studied. HK is not necessary decreasing, but inhomogeneities in the magnetic properties occur in aged samples. Aging increases -K2/K1 which could help the formation of an easy-cone state. Stability of a MgO (2 nm) layer incontact with an IL and ionic film has been studied. After recording HK for months, it has been found that a MgO/IL structure can not preserve a highmagnetic anisotropy but is able to remain relatively stable in a low anisotropy state. A MgO/ionic film structure is found to be stable since no sign of degradation was found. The stability of samples with a simple MgO (2 nm)/HfO2 structure has been tested. Ms of the sample covered with an IL and the one not covered with IL have been recorded for one month. It is found that the change is within 3% indicating a stable structure against ambient conditions and the IL.The E-field effect has been studied in the low and high PMA states of aTa/CoFeB/MgO/IL sample. PMA of the device evolves from a high PMA state to a low PMA state which can be linked to a potential increase in the oxygen content of MgO due to air exposure during fabrication and operation. In the high PMA state, domain wall velocities in the creep regime can be modulated by a factor of 4.2 and the coercive field increases by a factor of 1.3 when going from -0.8 V to 0.8V. In the low PMA state, a large modulation of the anisotropy field reaches 80 mT per V/nm with a low leakage current. The applied E-fields are seen to significantly influence DWs' pinning, depinning and nucleation processes. The results presented here show that a solid/liquid device structure based on CoFeB/MgO thin films can be an interesting approach to control magnetic properties with gate voltages below 1 V over large areas, allowing for potential parallel operation of pinning/nucleation units.The E-field effect has been studied in a Ta/CoFeB/MgO/HfO2/IL sample.

Les interactions entre des gouttes ou des bulles sont rencontrées dans de nombreuses applications industrielles et/ou environnementales. Ici, nous nous intéressons à l’électro-coalescence qui a des applications importantes comme par exemple la séparation eau/pétrole (coalescence de gouttelettes d'eau dans du pétrole). L’étude a été consacrée à l’élaboration et à la mise point de modèles basés sur les équations de Navier-Stokes et les équations régissant les champs électriques au niveau d’une seule goutte ainsi que l’interaction entre deux gouttes et plus particulièrement l’effet des forces hydrodynamiques et électrostatiques sur le mécanisme d’amincissement du film séparant les deux gouttes. Selon les cas traités, le suivi de l’interface est réalisé soit à l’aide de la méthode LS (Level Set) ou bien à l’aide de la méthode MM (Moving Mesh). Les solutions numériques ont été obtenues à l’aide du code de calcul COMSOL Multiphysics. Dans une première étape, nous avons analysé l’effet d’un champ électrique sur la déformation d’une seule goutte suspendue dans un autre fluide visqueux, pour différentes propriétés physiques et électriques des deux fluides. Le modèle a été testé et validé par confrontation avec les solutions analytiques existantes et avec des études numériques de la littérature. Nous avons examiné aussi l’influence du champ électrique sur la génération d’une goutte secondaire lors de la coalescence entre une goutte et une interface liquide-liquide déformable. Dans une seconde étape, nous avons étudié le drainage et la déformation de deux gouttes en interaction sous l’action d’une force constante. Contrairement à la théorie de lubrification basée entre autre sur l’hypothèse d’une petite déformation de l’interface, aucune hypothèse simplificatrice n’a été utilisée pour la résolution des équations, ce qui a permis d’obtenir des solutions numériques aussi bien pour les petites que pour les grandes déformations. Dans une troisième étape, nous avons examiné l’ascension d’une goutte isolée ou de deux gouttes de n-butanol dans l’eau sous l’influence de la force de flottabilité. L’évolution des vitesses terminales d’ascension des gouttes (goutte de tête/goutte suiveuse) et le drainage du film séparant les deux gouttes ont été analysées en présence et en l’absence de champ électrique. / Drops and bubbles interactions are encountered in various industrial and environmental applications. In this work, we focus on the electro-coalescence which has important industrial uses such as the destabilization of water / oil emulsions (coalescence of water droplets in oil). This study was devoted to the development and the elaboration of numerical models based on the Navier-Stokes equations and those describing the electrical field on a single drop as well as the interaction between two drops, and more particularly the effect of hydrodynamic and electrostatic forces on the thinning mechanism of the film separating the two drops. According to the treated cases, the interface tracking is achieved either by using the LS method (Level Set) or using the MM method (Moving Mesh). Numerical solutions were obtained using the commercial CFD software COMSOL Multiphysics. During the first step, we analyzed the effect of an electrical field on the deformation of a single suspended drop in another viscous fluid, for different physical and electrical properties of the two fluids. The model was tested and validated by comparison with existing analytical solutions and numerical studies found in the literature. We also analyzed the influence of the electric field on the generation of a secondary drop during the coalescence between a drop and a deformable liquid-liquid interface. In a second step, we investigated the drainage and deformation of two drops in interaction under the effect of a constant force. Unlike the lubrication theory which is based among others, on the assumption of a small interface deformation, in this work, no simplifying assumptions were used for the solution of equations, which allowed us to obtain numerical solutions for both small and large deformations. For the third step, we examined the rise of two drops of n-butanol in water under the influence of buoyancy force. The evolution of the drops terminal ascension velocity (leading drop/trailing drop), and the drainage of the film separating the two drops were analyzed in the presence and in the absence of electrical field.

Quel est le point commun entre des propulseurs à effet hall, des sources d'ions et les grandes machines de recherche sur la fusion magnétique ? Ils sont tous composés de plasmas interagissant avec des champs électrique et magnétique orthogonaux, et leurs tailles, sophistications et inaccessibilités rendent leur étude directe compliquée. Cette étude directe peut être menée à bien sur des machines plus simples, comme la colonne de plasma magnétisée Mistral utilisée dans ce travail, qui sont conçues pour l’étude de mécanismes fondamentaux. La tomographie, quant à elle, est couramment utilisée dans les tokamaks et stellarators, mais plus rarement sur des machines de laboratoire. Son intérêt majeur est de pouvoir reconstituer l’évolution temporelle de section 2D de plasma, et ce sans mesure intrusive. Dans le cadre de cette thèse un diagnostic de tomographie a été entièrement conçu, installé, calibré et testé. Les modèles existant de tomographie ont d'abord été adaptés à ce nouveau contexte, pour ensuite développer et valider le code complet d’inversion tomographique associé. Puis, une étude de faisabilité a été réalisée en mettant au point un diagnostic de tomographie utilisant un seul capteur avec un échantillonnage conditionnel sur des modes réguliers. L’attention est alors portée au développement, à la configuration et à l’application du diagnostic complet à 128 voies. Enfin, une étude paramétrique des modes réguliers a fait ressortir l'importance des paramètres de contrôle sur les modes (présence, fréquence et parité), et l'attention qui doit être portée à l'ensemble des paramètres expérimentaux, ainsi que l’évolution de leur forme et le comportement du plasma central. / What do satellites thrusters, ions sources, and fusion devices have in common? They all have plasmas with orthogonal electric and magnetic fields and their size, complexity and accessibility often make them hard to be directly studied. Simpler devices, like the linear magnetised plasma device Mistral used during this work, are conceived in order to understand, predict, and eventually control, some of their fundamental mechanisms. To this purpose, a tomography diagnostic is developed. Tomography is a well known diagnostic in tokamaks and stellarators, but remains seldom used in low temperature plasma studies. Its main advantages are to give access to the temporal evolution of a two-dimensional section of the plasma emissivity, and to be non-intrusive. In the frame of this thesis, a tomography diagnostic has been designed from scratch, implemented, calibrated and tested. The first step consists in the adaptation of existing tomography models in this context, and the full development and validation of the associated numerical code. Then, a proof of concept is conducted with a mono-sensor diagnostic using conditional sampling on coherent rotating modes. Following, the development, configuration, and application of the full 128 channels emission tomography diagnostics on Mistral are reported. New insights to characterise coherent rotating modes, such as the evolution of their shape and the behaviour of the core plasma, are given. Additionally, a parametric study of the rotating modes revealed the complex and intricated effect of control parameters on the modes (existence, frequency, and mode number), and the care that has to be put in monitoring many experimental parameters.

“La vie ne produit pas de corps symétrique”L. Pasteur. Briser la symétrie-miroir est un sujet fascinant qui revêt un rôle crucial en physique, en chimie et en biologie.Le but ultime de cette étude est de démontrer expérimentalement la conjecture de Curie de-Gennes. Cette hypothèse a été proposée pour la première fois par P. Curie 1894 et plus tard développée par De-Gennes. Elle indique qu’il est possible de générer une dissymétrie (excès énantiomérique (e.e.)) en soumettant un mélange racémique à l'influence combinée de champs magnétique et électrique colinéaires. Une telle influence modifie la cinétique du système : selon l'orientation relative des champs magnétique et électrique, l'un des énantiomères est formé plus rapidement que l'autre en raison d’une énergie d'activation inférieure (Ea). Une telle influence a été ultérieurement appelée « faussement chirale » par Barron. Pour démontrer expérimentalement cette conjecture, deux expériences différentes ont été développées :1) La cristallisation énantiosélective d'un réseau de coordination chiral sous des influences physiques externes (champ magnétique ou force de rotation) par diffusion lente. Un petit e.e. est supposé être créé puis amplifié par la croissance des cristaux à l'interface solvant/vapeur d'éthanol. Dans cette expérience, nous avons constaté que la démonstration de conjecture de Curie de Gennes est difficile à atteindre en raison de la forte dispersion de la moyenne des valeurs du e.e. obtenues et de la faiblesse de l'effet attendu.2) La création d'un e.e. dans un atropisomère racémique d’un cristal liquide à base de biphényle en appliquant des champs magnétique et électrique (anti) parallèles. Un arrangement supramoléculaire hélicoïdal des molécules de biphényles dans la phase nématique augmentera le signal lié à la présence d’un e.e. à un niveau mesurable. Au cours de cette seconde expérience, nous avons observé expérimentalement un e.e des dérivés à base de biphényle induit par une combinaison (anti)parallèle de champs magnétique et électrique. Cet excès dépend linéairement du produit des champs magnétique et électrique et l’ordre de grandeur des résultats observés expérimentalement correspond aux estimations théoriques. Compte tenu des résultats obtenus, sous réserve d’ultimes vérifications, cette expérience constitue une démonstration expérimentale convaincante de la conjecture Curie de-Gennes. / “La vie ne produit pas de corps symétrique” L. Pasteur Mirror symmetry breaking is an ever-fascinating topic that plays a crucial role in physics, chemistry, and biology. The ultimate goal of this study is to demonstrate experimentally the so-called Curie de-Gennes conjecture. It was proposed for the first time by P. Curie (1894) and later developed by de-Gennes. It stipulates that it is possible to generate dissymmetry (enantiomeric excess (e.e.)) by submitting a racemic mixture to the combined influence of collinear magnetic and electric fields. Such influence modifies the kinetics of the system: depending on the relative orientation of the magnetic and electric fields, one of the enantiomers is formed faster than the other because of a lower activation energy (Ea),. This influence was later named by Barron as « falsely chiral ». To demonstrate this conjecture, two different experiments were developed:1) The enantioselective crystallization of a chiral metal-organic framework under external physical influence (magnetic field or rotation force) by slow diffusion. The small e.e. is expected to be created and amplified by crystal growth at the interface aqueous solution / ethanol-saturated vapors. In this experiment, we have found that the Curie de-Gennes conjecture demonstration is difficult to achieve due to high dispersion of the average of the observed e.e. and the weakness of the expected effect. 2) Creating an e.e. in a racemic atropisomeric biphenyl based liquid crystal by applying (anti)parallel magnetic and electric fields. The helical twisting power of biphenyls molecules in the nematic phase will enhance the dichroic signal related to the expected e.e. to a measurable level. During this second experiment we have experimentally observed an e.e. in biphenyl-based nematic liquid crystals induced by (anti)parallel combination of magnetic and electric fields. This excess was linearly dependent on the product of magnetic and electric fields and, within one order of magnitude, its absolute value corresponds to the theoretical estimation. Ultimate checks shall confirm that these results constitute a convincing experimental demonstration of the Curie de Gennes conjecture.