Ce mémoire présente, pour la première fois, des analyses détaillées d’étoiles naines blanches montrant à la fois des éléments lourds et de forts champs magnétiques. Ces analyses sont effectuées à l’aide d’un tout nouveau code d’atmosphère pouvant calculer la position et la force des raies de tous les éléments (du carbone au cuivre) en régime Paschen-Back pour une géométrie de notre choix. Dans un premier temps, nous décrivons l'effet d'un champ magnétique sur les niveaux d'énergie atomiques, par l'effet Zeeman en champ faible puis en régime Pashen-Back lorsque l'approche perturbative n'est plus valide. Nous explorons ensuite l’effet de la géométrie du champ magnétique, notamment les différences entre les modèles calculés en supposant un champ magnétique uniforme (ou constant dans l'espace) et ceux ayant une géométrie dipolaire. Certaines études ont récemment affirmé qu’en présence d’un champ magnétique intense le mouvement convectif était fortement atténué, de sorte que l’atmosphère devenait pratiquement radiative (Tremblay et al., 2015). Nous explorons brièvement l’impact que peut avoir la suppression du transport d’énergie convective sur les résultats d’analyses d’étoiles magnétiques. Dans le but d'améliorer les analyses d'étoiles magnétiques, nous avons implémentés certains changements aux modèles d'atmosphères utilisés, tel que l'ajout du traitement magnétique des raies métalliques. Nos nouveaux outils nous permermetterons d'analyser de manière rigoureuse, pour la première fois, les étoiles G165-7, J2105+0900 et LHS 2534, trois étoiles magnétiques avec présence d'éléments lourds. Nous étudions leurs paramètres atmosphériques tels que la température effective, gravité de surface et abondances de métaux à partir de modèles standards ainsi qu’à partir de modèles radiatifs ou la convection a été artificiellement inhibée par la présence d’un champ magnétique intense. Nous observons que nos modèles riches en hydrogène sans convection ne reproduisent plus les observations, contrairement à ceux riches en hélium où la convection se produit hors de la région de formation des raies (soit plus profondément). Nous observons finalement qu'un champ magnétique dipolaire centré avec l'étoile ne reproduit pas bien les profils des raies d'un même multiplet, puisque les composantes sigma (celles à gauche et à droite de la raie centrale) prédites sont trop larges. Les observations spectroscopiques sont mieux reproduites à partir de modèles ayant un champ magnétique de surface constant, ou avec un dipôle toujours fortement décalé selon l’axe -z, indiquant que la géométrie réelle du champ magnétique est probablement plus complexe qu’un simple dipôle. / We present, for the first time, detailed analyses of white dwarf stars showing heavy metal lines and large magnetic fields. These analyses are carried out with a new atmosphere code able to compute the position and strength of lines for all elements (from carbon to copper) in the Paschen-Back regime for an arbitrary geometry. Firstly, we describe the effect of a magnetic field on the atomic energy levels, first with the Zeeman effect for weak fields then in the Paschen-Back regime when the pertubative approach is no longer valid. We then explore the effect of the magnetic field geometry, especially the differences between models calculated assuming a constant field and those with a dipolar geometry. Some studies recently suggested that in the presence of an intense magnetic field, the convective movement is strongly inhibited, renderingthe atmosphere mostly radiative (Tremblay et al., 2015). We briefly explore the impact the suppression of the convective energy transport can have on the analyses' results of magnetic stars. In order to carry out a thorough analysis of some magnetic stars, we have applied changes to the atmospheric models used, for example by adding magnetic treatment of metallic lines. With these new tools, we analyse for the first time, in a rigorous manner, the stars G165-7, J2105+0900 and LHS 2534, three magnetic stars showing heavy elements. We study their atmospheric parameters such as the effective temperature, surface gravity and metal abundances, and then explore the possibility of having pure radiative atmospheres, where the convection would be inhibited by intense magnetic fields. We find that hydrogen rich models cannot reproduce observations, unlike those rich in helium where the convective movement takes place out of the line forming region. We finally note that a centered dipolar magnetic field is not able to reproduce the line profiles of a given multiplet, since the sigma components (those to the left and the right of the central line) predicted are too broad. Spectroscopic observations are better reproduced with constant magnetic field models, or with a strongly offset dipole in the -z axis, indicating that the actual field geometry probably is more complex than a simple dipole.

Compte tenu du contexte économique du marché des hydrocarbures et les problématiques environnementales, le développement des véhicules électriques (VE) prend de l’ampleur car ils sont considérés comme plus écologiques. Aujourd’hui, les véhicules électriques sont considérés comme une solution favorable pour une énergie plus verte. L'électricité qu'ils consomment peut être générée à partir d'un large éventail de sources qui comprennent les combustibles fossiles, l'énergie nucléaire et les énergies renouvelables. Toutefois, les utilisateurs et les propriétaires de véhicules électriques ont encore des réticences car cela nécessite un stockage d'énergie électrique à bord pour assurer une bonne autonomie.Le système de transfert de puissance par effet inductif (LIPT en anglais) est une nouvelle technologie qui permet le transfert d'énergie électrique par champ magnétique et un système de bobines primaires et secondaires. Le champ magnétique est un champ haute-fréquence à plusieurs dizaines de kilohertz. Par rapport au système de câble conventionnel, le système LIPT est capable de fournir une recharge qui est pratique mais également efficace des véhicules électriques. Cependant, actuellement son principal facteur limitant est la mauvaise performance de sa structure de couplage magnétique (MCS). L’objectif de cette thèse est d'améliorer la performance des systèmes MCS pour les systèmes de LIPT afin de concevoir des systèmes à meilleur rendement.Dans un premier temps, sur la base de modèles mathématiques issus de la littérature, un code Matlab a été mis en œuvre pour calculer l'inductance mutuelle des systèmes de bobines mise en jeu dans le MCS. Puis, le calcul et la validation expérimentale des champs magnétiques entre le primaire et le secondaire a été effectué.Dans un second temps, un modèle d'un système LIPT pour la charge d’une batterie de véhicule électrique est présenté. Sur la base des spécifications techniques d’une Renault ZOE, les résultats obtenus montrent que, en adaptant la fréquence de la bobine primaire et en compensant avec un système série-série de condensateurs, un système à 3 kW et un système à 22 kW peuvent atteindre des performances permettant la recharge d’une Renault Zoe dans de bonnes conditions.Enfin, une analyse par éléments finis (FEA) sous COMSOL est développée pour la conception, le calcul et l’optimisation de systèmes MCS plus complexes de nouveaux LIPT. Les modèles de MCS conçus intègrent des bobines d'air évidées avec des configurations appropriées de noyaux magnétiques (par exemple en ferrite), avec des études également sur des parties couvrantes des bobines primaires et secondaires en acier. Les performances des modèles conçus sont déterminées par les valeurs de l'inductance mutuelle et la tension induite qui sont deux critères d’évaluations. / Taking into account high oil prices and environmental awareness, the development of electric vehicles (EVs) is considered as a healthier mode of transportation. Amongst other eco-friendly vehicles, EVs are considered as a favourable solution for a greener energy because the electricity they consume can be generated from a wide range of sources which include fossil fuel, nuclear power and renewable energy. However, users and owners of EVs feel uncomfortable because EVs require sufficient electrical energy battery storage on-board to provide sufficient driving autonomy.Lumped inductive power transfer (LIPT) system is a new technology that allows the transfer of electric power between its air-cored primary and secondary coils via high frequency magnetic fields to a consuming device. Unlike the conventional plug-in system, LIPT system is capable of providing a safe, efficient and convenient overnight recharging of EVs. However, its main limiting factor is the poor performance of its magnetic coupling structure (MCS), which is intended to transfer power efficiently. Thus the problem statement of this thesis is to improve the performance of MCS models for LIPT systems.Firstly, based on a more efficient and relevant mathematical model available in the literature, MATLAB code is implemented to compute the mutual inductance between air-cored filamentary circular (FC) coils. Also, the computation and experimental validation of the magnetic fields between two FC coils are presented.Furthermore, computational models of an IPT system for EV battery charge are presented in this thesis. Based on the technical specifications of Renault ZOE, the results obtained show that by supplying a higher frequency AC voltage to the primary coil of the MCS and compensating the primary and secondary sides of the air-cored coils with series-series capacitors, the 3 kW single-phase and 22 kW three-phase IPT systems modelled using MATLAB/Simulink are capable of delivering the electricity needed to power the Renault ZOE.Finally, in order to recommend a suitable and cost-efficient MCS model that can help transfer electric power more efficiently for the battery charging of EVs and E-bikes, a 3-D finite element analysis (FEA) package called COMSOL multiphysics is used to design, compute and investigate a more complex and realistic MCS model of LIPT systems. The designed MCS models incorporate air-cored coils with proper configuration of magnetic cores (e.g. ferrite), structural steel covering for the bottom part of the primary coil and top part of the secondary coil and lastly, iron plate which serves as a covering for the primary coil installed underground and the chassis or underbody structure of EVs. The performance of the designed models are determined by the values of the mutual inductance and induced voltage obtained from COMSOL.

Cette thèse présente les avancées dans l'étude des étoiles naines blanches magnétiques. L'étude des étoiles naines blanches en général, le state final d'évolution de près de 95% des étoiles de notre galaxie, permet d'obtenir de l'information cruciale sur leurs progéniteurs. Se pencher sur les propriétés des champs magnétiques des étoiles naines blanches par opposition à celles de leur progéniteur, beaucoup plus difficiles à observer en partie à cause de la faible intensité du champ, est bien plus réalisable. Plusieurs hypothèses ont été formulées afin de décrire l'origine et l'évolution de ces objets atypiques. Que les champs soient d'origine fossile suite à l'évolution d'une étoile isolée et conservation du flux magnétique, ou créés lors de la rotation rapide de la fusion de deux étoiles, il nous faut bien comprendre leur résultat, les naines blanches magnétiques, avant de pouvoir retracer leur évolution. Toutefois, les modèles de naines blanches magnétiques d'aujourd'hui reposent sur un nombre d'approximation, qui ne sont valides jusqu'à une relativement faible intensité de champ. Ceci a été la motivation derrière ce projet de doctorat. Nous avons implémenté un traitement des raies d'absorption utilisant le calcul des énergies de transition de l'atome d'hydrogène et d'hélium sous champs magnétiques arbitraires. Ces calculs, fournis par le groupe de l'université de Tübingen en Allemagne, ont utilisé une approche numérique à la résolution de l'Hamiltonien de l'atome d'hydrogène et d'hélium en présence d'un champ magnétique d'intensité arbitraire. Cet ajout aux modèles d'atmosphères permet de modéliser la position et l'intensité des raies d'absorption dans le spectre des étoiles. Une procédure de discrétisation de la surface visible de l'étoile nous permet de modéliser des champs magnétiques avec une géométrie arbitraire, tel qu'un dipôle décentré et incliné par rapport à l'observateur. Ces nouveaux outils ont été utilisés afin d'étudier en premier lieu un ensemble des naines blanches magnétiques avec une atmosphère riche en hydrogène. De ces résultats, nous avons déterminé une distribution de masse de ces étoiles, avec une masse moyenne significativement plus élevée que leurs homologues non-magnétiques, tels qu'attendu par les théories d'évolution binaires. Les informations extraites des différentes caractéristiques des distributions obtenues suite à cette analyse ne nous permettent cependant pas de favoriser une hypothèse d'évolution plutôt qu'une autre. Suite à ceci, celles avec une atmosphère riche en hélium ont été les prochaines à être analysées. Nous avons ainsi déterminé rigoureusement, pour la première fois, les paramètres magnétiques de ces étoiles riches en hélium. / This thesis presents advances in the study of magnetic white dwarf stars. The study of white dwarf stars in general, the final state of evolution of nearly 95% of the stars in our galaxy, provides crucial information about their progenitors. It is much more feasible to study the magnetic field properties of white dwarf stars as opposed to their progenitor stars, which are much more difficult to observe in part because of the weak field strength. Several hypotheses have been formulated to describe the origin and evolution of these atypical objects. Whether the fields are of fossil origin following the evolution of an isolated star and conservation of magnetic flux, or created during the rapid rotation of the merger of two stars, we need to understand their result, the magnetic white dwarfs, before we can trace their evolution. However, today's models of magnetic white dwarfs rely on a number of approximations, which are only valid up to relatively low field strengths. This was the motivation behind this doctoral thesis. We have implemented a treatment of the absorption lines using the calculation of the transition energies of the hydrogen and helium atom under arbitrary magnetic fields. These calculations, provided by the group of the University of Tubingen in Germany, used a numerical approach to the resolution of the Hamiltonian of the hydrogen and helium atom in the presence of a magnetic field of arbitrary intensity. This addition to atmospheric models allows to model the position and intensity of absorption lines in the spectrum of stars. A discretization procedure of the visible surface of the star allows us to model magnetic fields with an arbitrary geometry, such as an offset and inclined dipole. These new tools have been used to study first a set of magnetic white dwarfs with a hydrogen-rich atmosphere. From these results, we have determined a mass distribution of these stars, with an average mass significantly higher than their non-magnetic counterparts, as expected by the binary evolution theories. The information extracted from the different characteristics of the distributions obtained from this analysis does not however allow us to favor one evolutionary hypothesis over another. Following this, those with a helium rich atmosphere were the next to be analyzed. We have thus determined rigorously, for the first time, the magnetic parameters of these helium-rich stars.

Cette thèse de doctorat présente les résultats d'un relevé spectropolarimétrique visant la détection directe de champs magnétiques dans le vent d'étoiles Wolf-Rayet (WR). Les observations furent entièrement obtenues à partir du spectropolarimètre ESPaDOnS, installé sur le télescope de l'observatoire Canada-France-Hawaii. Ce projet débuta par l'observation d'un étoile très variable de type WN4 appelée EZ CMa = WR6 = HD 50896 et se poursuivit par l'observation de 11 autres étoiles WR de notre galaxie. La méthode analytique utilisée dans cette étude vise à examiner les spectres de polarisation circulaire (Stokes V) et à identifier, au travers des raies d'émission, les signatures spectrales engendrées par la présence de champs magnétiques de type split monopole dans les vents des étoiles observées. Afin de pallier à la présence de polarisation linéaire dans les données de polarisation circulaire, le cross-talk entre les spectres Stokes Q et U et le spectre Stokes V fut modélisé et éliminé avant de procéder à l'analyse magnétique. En somme, aucun champ magnétique n'est détecté de manière significative dans les 12 étoiles observées. Toutefois, une détection marginale est signalée pour les étoiles WR134, WR137 et WR138 puisque quelques-unes de leur raies spectrales semblent indiquer la présence d'une signature magnétique. Pour chacune de ces trois étoiles, la valeur la plus probable du champ magnétique présent dans le vent stellaire est respectivement de B ~ 200, 130 et 80 G. En ce qui concerne les autres étoiles pour lesquelles aucune détection magnétique ne fut obtenue, la limite supérieure moyenne de l'intensité du champ qui pourrait être présent dans les données, sans toutefois être détecté, est évaluée à 500 G. Finalement, les résultats de cette étude ne peuvent confirmer l'origine magnétique des régions d'interaction en co-rotation (CIR) observées chez plusieurs étoiles WR. En effet, aucun champ magnétique n'est détecté de façon convaincante chez les quatre étoiles pour lesquelles la présence de CIR est soupçonnée. / This thesis presents the results of a spectropolarimetric survey aimed at detecting directly the presence of magnetic fields in Wolf-Rayet (WR) stars. The search for the elusive WR fields began by observing the highly variable WN4 star EZ CMa = WR6 = HD 50896 and continued among a sample of eleven bright WR stars. All observations were obtained using the highly-efficient ESPaDOnS spectropolarimeter at the Canada-France-Hawaii telescope. The methodology used in this study attempts to detect the characteristic circular polarization (Stokes V) pattern in strong emission lines that is expected to arise as a consequence of a global magnetic field with a split monopole configuration. Since Stokes V data were affected by significant cross-talk from linear polarization to circular polarization, the spurious cross-talk signal was removed prior to applying the magnetic analysis. In the end, no magnetic fields are unambiguously detected in any of the observed stars. Nonetheless, the data show evidence supporting marginal detections for WR134, WR137 and WR138 for which the most probable field intensities, in the observable parts of the stellar winds, are B ~ 200, 130 and 80 G, respectively. In the case of non-detections, the average field strength upper-limit for the magnetic field is B ~ 500 G. Finally, this study cannot confirm the magnetic origin of co-rotating interaction regions observed in several WR stars since, out of 4 stars showing CIR-type variability, none showed decisive evidence for the presence of magnetic fields.

La compréhension du comportement des matériaux en présence d'impuretés, durant le processus de solidification, nécessite le développement de méthodologies appropriées pour une analyse et un contrôle efficace des changements topologiques des microstructures (par exemple, la formation des dendrites) au cours des différentes phases de transformation. L'objectif de cette thèse est de construire un modèle pertinent de solidification d'alliages binaires sous l'action de champs magnétiques, d'analyser les systèmes issus du modèle mathématique ainsi développé, d'un point de vue théorique et numérique, et enfin de développer une méthode de contrôle optimal afin de contrôler la dynamique du front de solidification par l'action du champs magnétiques. Dans un premier temps, nous avons décrit la physique du problème et les lois fondamentales nécessaires à la modélisation, puis nous avons construit un nouveau modèle de champ de phase, qui tient compte de l'influence de l'action du champ magnétique sur le mouvement du front de solidification. Le modèle ainsi développé est caractérisé par le couplage de trois systèmes : un de type magnétohydrodynamique, un second de type Warren-Boettingger avec convection (représentant l'évolution du front de solidification et la concentration du mélange binaire) et un troisième représentant l'évolution de la température. Les équations du système complet décrivant le modèle, dans un domaine Ω inclus dans R^{n}, n ≤ 3, sont évolutives, non linéaires, couplées et anisotropes. Dans une seconde partie, nous avons effectué l'analyse théorique du modèle développé dans le cas isotherme et isotrope en dimension deux. Nous avons obtenu des résultats d'existence, de régularité, de stabilité et d'unicité d'une solution, sous certaines conditions sur des opérateurs non linéaires du système. Enfin, nous avons développé une méthode de contrôle optimal non linéaire : le champ magnétique (qui intervient sous forme multiplicative) joue le rôle de contrôle, et l'observation est l'état désiré de la dynamique du front. Nous avons démontré l'existence d'une solution optimale et obtenu la sensibilité de l'opérateur solution et les conditions d'optimalité en introduisant un problème adjoint. Cette partie théorique de la thèse est complétée par un important travail numérique. L'analyse et les simulations numériques ont été menées sur le problème complet bi-dimensionnel non linéaire (isotrope et anisotrope). Nous avons utilisé pour la discrétisation la méthode des lignes qui consiste à considérer séparément la discrétisation temporelle et spatiale. La discrétisation spatiale est effectuée par un schéma d'éléments finis mixtes et le système différentiel algébrique obtenu est résolu par l'utilisation du solveur DASSL. La discrétisation du domaine est effectuée par des mailles triangulaires non structurées. Dans le cas réaliste, elles correspondent à un maillage non uniforme et trés fin dans la zone de la dendrite et au niveau de l'interface. Nous avons obtenu des estimations d'erreur pour les différentes variables d'état du modèle et analysé la robustesse et la stabilité des schémas d'approximation. Ce code numérique a été validé sur différents exemples, et donne d'excellents résultats. Ensuite, nous avons exploité le code pour traiter un problème réaliste, à savoir la solidification dendritique d'un alliage binaire Nickel-Cuivre, et analyser l'influence de champs magnétiques sur l'évolution des dendrites. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de l'approche à reproduire les observations expérimentales.

Dans ce travail, l'influence du champ magnétique sur la transformation de phase diffusionnelle dans des alliages Fe-C de haute pureté a été étudiée théoriquement et expérimentalement. Les caractéristiques microstructurales et celles d'orientations cristallographiques induites par le champ magnétique ont été soigneusement étudiées dans trois alliages Fe-C à différents taux de carbone, à savoir Fe-0.12C, Fe-0.36C, Fe-1.1C. Le champ magnétique induit différentes microstructures alignées et allongées le long de la direction du champ, à savoir des colonies de perlite alignées et allongées dans l'alliage Fe-0.12C et des grains allongés de ferrite proeutectoïde dans l'alliage Fe-0.36C, en raison de l'interaction magnétique dipolaire à deux différentes échelles. Le champ magnétique augmente la quantité de ferrite dans les alliages hypoeutectoïdes et cet effet du champ est plus prononcé avec l'augmentation du taux de carbone. Le champ magnétique inhibe la formation de ferrite de Widmanstätten en introduisant une force motrice supplémentaire pour la transformation ferritique et réduisant ainsi la nécessité de l'interface de faible énergie qui est requise pour surmonter les barrières de transformation durant le processus de refroidissement lent. Le champ magnétique favorise la formation de la structure anormale en augmentant la force d'entraînement de la transformation de l'austénite appauvrie en carbone en ferrite et il améliore la sphereoidization de perlite en raison de son influence sur l'accélération de la diffusion de carbone entraînée par l'augmentation de la température de transformation, ainsi que son effet sur l'augmentation de l'énergie relative de l'interface ferrite /cémentite. L'augmentation de la solubilité du carbone dans la ferrite induite par le champ est mise en évidence à travers les mesures WDS-EPMA pour la première fois. Des calculas ab-initio montrent que la présence d'un atome de carbone interstitiel dans Fe-C modifie les moments magnétiques des atomes de Fe voisins. Ceci conduit à la diminution de l'énergie de démagnétisation du système et rend le système énergétiquement plus stable dans le champ magnétique. En raison de l'interaction dipolaire magnétique à l'échelle atomique, le champ magnétique favorise la nucléation et la croissance des grains de ferrite ayant leur direction <001> distordue parallèle à la direction du champ transversal, et induit donc l'augmentation de la composante de fibre <001> dans le sens transversal par rapport à la direction du champ. Cet effet du champ est relié à la distorsion du réseau cristallin induite par une solution de carbone et son impact devient plus fort avec l'augmentation de la teneur en carbone et l'intensité du champ. Trois relations d'orientations (OR) entre la ferrite perlitique et la cémentite ont été trouvées dans ce travail, à savoir l'OR Isaichev (IS) et deux OR proches des OR Pitsch-Petch (PP). Le champ magnétique ne modifie guère les types d'OR qui apparaissent, mais il augmente considérablement la fréquence d'occurrence des OR P-P2, en particulier dans l'alliage Fe-1.1C, en favorisant la nucléation de la ferrite / In this work, the influence of the magnetic field on diffusional phase transformation in high purity Fe-C alloys has been investigated theoretically and experimentally. The magnetic field induced microstructural features and crystallographic orientation characteristics have been thoroughly studied in three different carbon content alloys: Fe-0.12C, Fe-0.36C and Fe-1.1C alloys. Magnetic field induces different aligned and elongated microstructures along the field direction, namely aligned and elongated pearlite colonies in Fe-0.12C alloy and elongated proeutectoid ferrite grains in Fe-0.36C alloy, due to the two scaled magnetic dipolar interaction. Magnetic field increases the amount of ferrite in hypoeutectoid alloys and this field effect becomes more pronounced with the increase of the carbon composition. Magnetic field inhibits the formation of Widmanstätten ferrite by introducing additional driving force to ferritic transformation and thus reducing the need for low energy interface which is required to overcome the transformation barriers during slow cooling process. Magnetic field promotes the formation of abnormal structure by increasing the driving force of transformation from carbon-depleted austenite to ferrite and it enhances the spheroidization of pearlite due to its influence on accelerating carbon diffusion resulting from increased transformation temperature, together with its effect on increasing the relative ferrite/cementite interface energy. The field induced enhancement of carbon solution in ferrite is evidenced through the WDS-EPMA measurements for the first time. Ab-initio calculations reveal that the presence of an interstitial carbon atom in bcc Fe modifies the magnetic moments of its neighboring Fe atoms. This leads to the decrease of the demagnetization energy of the system and makes the system energetically more stable under the magnetic field. Due to the atomic-scaled magnetic dipolar interaction, magnetic field favors the nucleation and growth of the ferrite grains with their distorted <001> direction parallel to the transverse field direction, and thus induces the enhancement of the <001> fiber component in the transverse field direction. This field effect is related to the crystal lattice distortion induced by carbon solution and its impact becomes stronger with the increase of the carbon content and the field intensity.Three ORs between pearlitic ferrite and cementite have been found in present work, namely Isaichev (IS) OR and two close Pitsch-Petch (P-P) ORs. Magnetic field hardly changes the types of the appearing ORs, but it considerably increases the occurrence frequency of the P-P2 OR, especially in Fe-1.1C alloy, by favoring the nucleation of ferrite

Cette thèse présente des mesures de transport électronique dans des systèmes quasi-unidimensionnels (quasi-1D) sous champ magnétique intense. Deux systèmes différents présentant un confinement électrique quasi-1D ont été considérés: les peapods de carbone (C60@SWCNTs) et les nanofils d'InAs. L’objectif de ces travaux consiste à sonder les propriétés électroniques spécifiques de ces systèmes quasi-1D par les mesures de magnétotransport sur les nano-objets uniques. Dans les deux cas, les expériences sous champs magnétiques intenses ont été accompagnée par des caractérisations structurales et des mesures de conductance à champ magnétique nul.L'encapsulation de diverses molécules à l'intérieur de nanotubes de carbone (CNTs), comme par exemple les fullerènes C60, constitue une des voies prometteuses vers l'accordabilité de la conductance des CNTs. Parmi la grande variété des nanotubes de carbone remplis, les peapods représentent une structure hybride pionnière découvert en 1998. Depuis lors, leur structure électronique a fait l’objet d’études théoriques controversées avec un nombre limité de réalisations expérimentales. Dans cette thèse, les propriétés électroniques des peapods individuels ont été étudiés en combinant les mesures de spectroscopie micro-Raman et de magnétotransport sur les mêmes échantillons. Nous avons constaté que les C60 encapsulés modifient fortement la structure de bande électronique des nanotubes semi-conducteurs au voisinage du point de neutralité de charge. Cette modification comprend un déplacement rigide de la structure électronique et un remplissage partiel de la bande interdite. Nous avons aussi montré que l’excitation UV sélective des fullerènes conduit à une forte modification du couplage électronique entre les C60 et le CNT induite par la coalescence partielle des C60 et de leur distribution à l'intérieur du tube. Les résultats expérimentaux sont supportés par des simulations numériques de la densité d'états et de la conductance des nanotubes de carbone avec des fullerènes fusionnés à l'intérieur (K. Katin, M. Maslov).Les nanofils semiconducteurs (sc-NWs) font l'objet de recherches actives depuis ces dix dernières années. Ils représentent des systèmes modèles pour l’étude des propriété électronique objet quasi-1D. Ils représentent en outre des possibilités de modulation de la structure de bande aussi que de contrôle de la densité de porteurs. Dans ce domaine de recherche, les nanofils semi-conducteurs à base de composes III-V tel que InAs, ont une place particulière en raison de la faible masse effective des porteurs de charge. Nous avons étudié la conductance de nanofils individuels dans une large gamme de champs magnétiques (jusqu'à 60T). Les mesures en champ nul et en champ faible ont démontré un transport faiblement diffusif dans ces nanofils. Les mesures de transport sous champ magnétique intense ont révélé une forte chute de la conductance au dessus d'un champ critique qui s'élève clairement avec l'énergie de Fermi. Cet effet est interprété par la perte de canaux de conduction une fois que toutes les sous-bandes magnéto-électriques, décalés vers les hautes énergies par le champ magnétique, ont traversé l'énergie de Fermi. Les calculs de structure de bande préliminaires (Y-M. Niquet), en prenant en compte les confinements latéraux et magnétiques, sont en bon accord qualitatif avec les résultats observés dans le régime de champ magnétique intense. Ce résultat est la première observation des effets de structure de bande dans les expériences de magnéto-transport sur les sc-NWs / The scope of this thesis is related to the electronic properties of quasi 1D systems probed by high field magnetotransport. Two different systems exhibiting quasi-1D confinement have been considered: carbon C60 peapods (C60@SWCNTs) and InAs semiconductor nanowires. The magnetotransport measurements on single nano-objets have been used to investigate the specific electronic structure of these 1D systems. In both cases, the high magnetic fields experiments have been supported by structural characterisation and conductance measurements at zero field.The encapsulation of various molecules inside carbon nanotubes (CNTs), as for instance C60 fullerenes encapsulated in SWCNT, constitutes promising routes towards the tunability of the CNT conductance. Among the wide variety of filled CNTs, peapods represent a pioneer hybrid structure discovered in 1998. Since that time, their electronic structure has been subjected to intense and controversial theoretical studies together with a limited number of experimental realizations. In this thesis the electronic properties of individual fullerene peapods have been investigated by combining micro-Raman spectroscopy and magnetotransport measurements on the same devices. We bring evidence that the encapsulated C60 strongly modify the electronic band structure of semiconducting nanotubes in the vicinity of the charge neutrality point, including a rigid shift and a partial filling of the energy gap. In addition by playing with a selective UV excitation of the fullerene, we demonstrate that the electronic coupling between the C60 and the CNT is strongly modified by the partial coalescence of the C60 and their distribution inside the tube. The experimental results are supported by numerical simulations of the Density of States and the conductance of CNTs with coalesced fullerenes inside (K. Katin, M. Maslov).Semiconductor nanowires (sc-NWs) are being the subject of intense researches started a decade ago. They represent model systems for the exploration of the electronic properties inerrant to the quasi1-D confinement. Moreover they offer the possibility to play with band structure tailoring and carrier doping. In this direction III-V sc-NWs such as InAs NWs have played a particular role due to the small electron effective mass. We have studied the high magnetic field conductance of single nanowires. Prior to the high field measurements, the zero and low field investigations have demonstrated a weakly diffusive regime of the carrier transport in these wires. The high field investigations have revealed a drastic conductance drop above a critical field, which clearly rises with the Fermi energy. This effect is interpreted by the loss of conducting channels once all the magneto-electric subbands, shifted toward the high energy range by the magnetic field, have crossed the Fermi energy. Preliminary band structure calculations (Y-M. Niquet), taking into account the lateral and magnetic confinements, are in fairly good qualitative agreement with the observed result in the high field regime. This result is the first observation of band structure effects in magneto-transport experiments on sc-NWs

Les cuprates sont des matériaux que l’on peut faire passer d'un isolant antiferromagnétique à un métal normal en augmentant leur densité de porteurs par dopage chimique. Aux dopages intermédiaires, une riche variété de phases électroniques apparaît aux côtés de la phase supraconductrice, ou même entrelacée avec elle. Le but de cette thèse était de caractériser divers aspects de la compétition entre la supraconductivité et les ordres de charge ou de spin, en utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN). Une première partie du travail a consisté à améliorer la modélisation des spectres RMN des noyaux de 17O dans les deux phases onde de densité de charge (ODC) présentes dans YBa2Cu3Oy: l’ordre à courte portée et l’ordre à longue portée (induit par le champ magnétique). En plus de fournir un cadre d'analyse beaucoup plus précis pour les données de RMN en fonction du champ, du dopage et de la pression (voir ci-après), les résultats indiquent que l’ODC à haut champ est uni-axiale (c'est-à-dire avec un vecteur d'onde unique q), avec une période commensurable avec le réseau de trois cellules unitaires (q = 1/3). Le deuxième aspect de la compétition de phases abordé dans ce travail est l'effet (controversé) de la pression hydrostatique. Nos mesures montrent qu'une pression de 1,9 GPa n'affaiblit que très légèrement l’ODC à courte portée dans l'état normal ainsi que l’ODC à longue portée observée à haut champ. Les résultats soutiennent l’hypothèse selon laquelle l'augmentation continue de Tc lorsque la pression augmente jusqu'à 15 GPa est presque entièrement due à une diminution progressive de la force de l’ODC. Ceci montre que la pression hydrostatique est un paramètre permettant de contrôler la compétition entre l’ODC et la supraconductivité dans les cuprates.Dans la troisième partie de la thèse, des mesures du taux de relaxation spin-réseau (1/T1) des noyaux de 139La ont permis d’étudier l'effet d'un champ magnétique sur la mise en ordre vitreuses des spins dans La2-xSrxCuO4. En utilisant des champs élevés jusqu’à 45 T, nous montrons que le champ est capable d’induire une phase gelée, ou presque gelée, à des niveaux de dopage bien supérieurs à ceux supposés précédemment, à savoir jusqu’au dopage critique attribué à l’extrémité de la phase pseudogap mais pas au-delà de ce point, ou pas loin au-delà. Ce résultat a des implications importantes pour l'interprétation de la phase de pseudogap et de la criticité quantique qui lui est associée. / Cuprates are materials that can be tuned from an antiferromagnetic insulator to a normal metal by increasing the carrier density through chemical doping. At intermediate doping, a rich variety of electronic phases emerges alongside, or intertwined, with the superconducting phase. The aim of this thesis was to characterise various aspects of the competition between superconductivity and charge or spin order, using nuclear magnetic resonance (NMR).A first part of the work consisted in improving the modelling of 17O NMR spectra in the two charge-density wave (CDW) phases present in YBa2Cu3Oy: the short-range order and the (magnetic-field induced) long-range order. Besides providing a much more accurate analysis framework for NMR data as a function of field, doping and pressure (see hereafter), the results indicate that the CDW in high-fields is uniaxial (i.e. single wave vector q) and commensurate with the lattice, with a period of three unit cells (q=1/3).The second aspect of phase competition addressed in this work is the (controversial) effect of hydrostatic pressure. Our measurements show that a pressure of 1.9 GPa weakens the short-range CDW in the normal state and the long-range CDW observed in high fields only slightly. The results support the proposal that the continuous rise in Tc upon increasing pressure up to 15 GPa arises almost entirely from a gradual decrease of the CDW strength. This establishes hydrostatic pressure as a tuning parameter of the competition between CDW order and superconductivity in the cuprates.In the third part of the thesis, 139La spin-lattice relaxation rate (1/T1) measurements were used to study the effect of a magnetic field on glassy spin ordering in La2-xSrxCuO4. Using high fields up to 45 T, we reveal that the field is able to induce a frozen, or nearly so, phase at doping levels much higher than previously assumed, namely up to the putative endpoint of the pseudogap boundary, but not, or not far, beyond that point. This result has important implications for interpreting the pseudogap phase and its associated quantum criticality.

Les développements récents des techniques IRM engendre des sources de potentiels induits qui « polluent » les signaux électrophysiologiques, utilisé simultanément en IRM pour surveiller le patient et synchroniser les images. Le système élaboré dans ce travail est compose de deux modules « émetteur-récepteur » IRM-compatibles. Le premier permet d’introduire dans le tunnel d’IRM des signaux EPS dont on connait les caractéristiques. Les signaux sont injectés dans un tissu conducteur placé dans le tunnel. Le second module permet de recueillir les signaux après leur contamination par les artéfacts générés par les séquences d’imagerie. Il comporte 20 canaux répartis en quatre bandes fréquentielles (40, 80, 160 et 350 Hz). Des mesures du potentiel induit ont été réalisées en environnements 1,5 T et 3 T. Nous pouvons ainsi analyser les modifications des paramètres des signaux selon les séquences, mais aussi à l’intérieur des différentes bandes de fréquences. Dans ce travail, nous présentons une caractérisation et modélisation des potentiels induits par les commutations de gradients de champ magnétique recueilli par notre dispositif expérimental. La caractérisation et la modélisation permettent d’obtenir des informations pertinentes à prendre en compte pour l’élaboration des algorithmes de filtrage efficaces et robustes. / New developments in MRI techniques create sources of induced voltages that “pollute” the simultaneously acquired electrophysiological signals (EPS), used to monitor patients and/or synchronize images. We developed a device to allow a deep study of the contamination mechanism, which would assist in elaborating new tools to obtain higher quality EPS. The system consists of three main modules: (i) a signal transmission system composed of an EPS generator and a transmission box, which transmits the EPS to a MR-compatible receiver inside the tunnel, (ii) an electro-conductive tissue-mimicking phantom in which the EPS is injected, (iii) a signal collection module composed of a MR compatible amplifier-transmitter that emits, via an optical cable, the collected signal to a receiver box placed outside the MRI room. The receiver box comprises 20 channels distributed into four frequency bands (40, 80, 160, and 350 Hz). Measurements of the induced voltages were performed in 1.5 T and 3 T MRI environments. An algorithm to extract and analyze and model the induced voltages was developed. The modeling algorithm is based on a sinusoidal decomposition of the induced voltages. This work aimed to assess the disturbance level of the EPS, when using larger bandwidth amplifiers. The characterization and modeling of the induced voltages, which represent the dominant noise, reveal relevant information which can be used to develop robust and efficient noise reduction algorithms.

Les nanotubes de carbone sont des structures tubulaires obtenues en enroulant une feuille de graphène sur elle-même. La manière d'effectuer cette enroulement détermine la chiralité du tube, ainsi que l'ensemble de ses propriétés électroniques et vibrationnelles. Du fait de la nature ondulatoire de l'électron et de la faible dimensionnalité des nanotubes de carbone, cette structure de bandes est fortement modulée par l'application d'un champ magnétique externe. La présence d'un potentiel de désordre(rupture de l'invariance par translation) ou l'excitation d'un mécanisme d'interaction entre électrons et modes phonons optiques ont aussi des conséquences importantes sur cette structure électronique. L'objectif de cette thèse est de s'intéresser aux propriétés de transport quantique des nanotubes de carbone, propriétés déterminées par la compétition entre interférences quantiques, structure de bandes et mécanismes d'interaction. Pour ce faire, une étude détaillée des nanotubes de carbone désordonnés, dopés à l'azote ou au bore sera menée, étude permettant de modéliser de manière fine le hamiltonien de désordre ainsi que de sonder les lois d'échelles de la conductance. La présence d'un champ magnétique statique et uniforme sera considérée, ainsi que ses conséquences sur les régimes de transport à faible tension de polarisation(formation d'un niveau de Landau et oscillation Aharonov-Bohm). Finalement, nous nous intéresserons au rôle des collisions inélastiques entre électrons et phonons optiques de haute symétrie, sur les propriétés de transport quantique(rôle priviligié lorsque la tension de polarisation franchit un seuil d'excitation inélastique). Du fait de la faible dimensionnalité, l'approximation adiabatique n'est plus valide, et un traitement cohérent dans l'espace de Fock électron-phonon doit être mené. Pour chacune de ces études, un modèle hamiltonien effectif est construit et le problème du transport quantique résolu analytiquement ou numériquement.