Les alliages magnétiques nanocristallisés (FeCuNbSiB) sont depuis quelques années présents sur le marché de l'électronique de puissance. Cependant, les lois comportementales décrites et profitables en vue de l'optimisation de ces alliages ne sont pas établis pour les nuances les plus performantes industriellement. Dans un premier volet, cette étude s'oriente alors vers l'analyse et la compréhension des mécanismes d'aimantation. L'importance des effets magnétoélastiques et la discrimination des différentes sources d'anisotropie sont alors mises en exergue. Dans un second volet, l'intégration des alliages nanocristallins dans les applications d'électronique de puissance est investiguée par le biais de dimensionnements optimisés de composants. L'étude des performances dynamiques de ces alliages dans le cas de sollicitations électromagnétiques générées par les alimentations à découpage est alors présentée et s'appuie sur le développement d'un modèle d'hystérésis scalaire dynamique LS (Loss Surface). Le dernier point fédère tous les points précédents et concerne le dimensionnement optimisé de transformateurs nanocristallins hautes fréquences. Dans le cadre d'une démarche d'optimisation, des modèles analytiques de pertes magnétiques, Joule et un modèle thermique sont alors développés. Dans ce contexte, le dimensionnement optimisé d'un transformateur en rubans nanocristallins est alors considéré pour valider in fine la démarche globale.

Un sous-marin, à coques ferromagnétiques, crée une anomalie du champ magnétique terrestre. Comme elle varie en fonction du champ inducteur et des contraintes mécaniques, il doit être capable de l'évaluer en temps réel afin de pouvoir la compenser à l'aide de boucles de courants : c'est l'immunisation en boucle fermée. Sa mise en oeuvre nécessite de connaître l'aimantation du navire à chaque instant. Or, si l'induit est déterministe, il n'en est rien du permanent qui dépend de l'histoire magnétique des tôles. Son évaluation repose sur la mesure du champ magnétique dans l'air et sur la résolution d'un problème inverse. Le manque d'espace dans un sous-marin contraint les capteurs à être très proches des coques. Après une étude du problème direct, nous proposons dans ce travail une formulation magnétostatique du problème inverse adaptée à cette contrainte et validée par des mesures sur un modèle réduit de sous-marin double coque.

Le comportement des systèmes magnétiques submicroniques suscite un vif intérêt, motivé par le progrès continu des techniques de nano-fabrication et entretenu par une multitude d'applications potentielles (mémoires non-volatiles). La compréhension des effets induits par le confinement de la taille latérale des systèmes magnétiques combine le micromagnétisme expérimental et numérique. L'objectif de ce travail est de développer des outils numériques appropriés à l'étude du magnétisme des structures de dimensions réduites, en utilisant la modélisation micromagnétique. L'approximation des différences finies est utilisée pour l'évaluation des énergies et des champs internes qui décrivent l'état du système. L'algorithme de la minimisation de l'énergie libre repose sur l'intégration temporelle de l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert. L'amélioration de l'approche numérique (la précision du calcul, la stabilité du schéma d'intégration) ainsi que sa validation à travers des problèmes test et des résultats expérimentaux représentent les premières étapes de nos travaux. Cette approche numérique flexible nous a permis d'étudier des systèmes bi- et tri-dimensionnels, périodiques et non-périodiques. Ainsi, les détails de la structure interne des parois de domaines dans des couches minces de Co à anisotropie magnétocristalline uniaxiale planaire ou perpendiculaire ont été obtenus et analysés en fonction de l'épaisseur de la couche et du champ externe appliqué. L'étude menée sur les plots cylindriques de Co nous a permis d'établir les limites de stabilité des différents états magnétiques en fonction de la taille latérale et des paramètres de matériau. Notamment l'état de type vortex, favorisé par la symétrie circulaire de l'objet, a été analysé pour un champ appliqué perpendiculairement au plan du plot. Le caractère tridimensionnel des parois de domaines dans des nanofils de Co épitaxiés à anisotropie magnétocristalline parallèle ou perpendiculaire à l'axe du fil a été mis en évidence.

Ces travaux contribuent aux recherches menées par la communauté des électroniciens de puissance autour de l'intégration des convertisseurs. Notre étude se focalise sur les composants magnétiques utilisés dans ces convertisseurs d'une puissance de l'ordre de quelques W à quelques centaines de W. Cette étude commence par un travail de modélisation et de compréhension du comportement fréquentiel des matériaux magnétiques métalliques en rubans minces. Cette étude s'appuie sur une description des mécanismes d'aimantation que sont les déplacements de parois de Bloch et la rotation cohérente des moments magnétiques. Notre recherche continue par une étude technologique des procédés de mis en œuvre et de traitement thermique des alliages Fe-Ni Ces travaux aboutissent alors à la réalisation d'un prototype de composant extra-plat de type méandre, intégrable au PCB et utilisable dans les applications d'électronique de puissance.

Au cours de ce manuscrit sont reportées l'élaboration et la caractérisation de matériaux ferromagnétiques doux : les microfils nanocristallisés gainés de verre de composition Finemet élaborés par le procédé de tirage Taylor-Ulitovsky et les couches minces amorphes de composition CoNb et CoZr déposées par pulvérisation cathodique assistée magnétron. Une première partie du travail de thèse a été consacrée à l'étude de l'influence de l'état structural et de la composition sur les propriétés magnétiques, respectivement au travers des microfils nanocristallisés gainés de verre et des couches minces amorphes. Une deuxième partie a été vouée à référencer les différentes sources de dispersion d'aimantation des couches minces magnétiques, élaborées au déroulé sur substrat polymère. Une méthode a été proposée afin de quantifier la distribution d'anisotropie en angle et en intensité dans l'épaisseur. Le comportement magnétique des telles couches a été modélisé en prenant en compte la distribution d'aimantation expérimentale dans une approximation de n-macrospins sans interaction d'échange. Un second volet a consisté à développer un modèle micromagnétique unidimensionnel prenant en compte l'énergie d'échange. Ce modèle a été appliqué avec succès sur une bicouche et une multicouche à anisotropies magnétiques croisées, élaborées spécifiquement à cet effet. L'étude exhaustive d'une bicouche à anisotropies croisées a été menée : aimantation statique et dynamique, structure en domaines magnétiques, aimantation dynamiquement couplée et caractérisation du profil d'aimantation dans l'épaisseur.

Les jonctions tunnel magnétiques (JTM) épitaxiées à barrière MgO constituent probablement le système le plus prometteur pour des applications allant depuis les têtes de lecture des disques durs jusqu'aux mémoires magnétiques à accès aléatoire. De plus, de telles jonctions mettent en jeu une physique nouvelle et fascinante, celle de la physique du transport électronique au travers de barrières épitaxiées, ou du couplage magnétique entre électrodes au travers d'une fine barrière. Nous présentons des travaux conduits sur des jonctions à perpendiculaire (FePt/MgO/FePt). Très peu étudiés, les systèmes à aimantation perpendiculaire semblent présenter le potentiel le plus élevé aux très hautes densités dans les mémoires MRAM. Nous avons montré que des jonctions FePt/MgO/FePt peuvent être obtenues avec des couches de FePt chimiquement ordonnées dans la phase L10 de très forte anisotropie magnétocristalline. Ces jonctions présentent spontanément une couche dure et une couche douce, et un découplage magnétique en dépit de la forte aimantation volumique de l'alliage FePt. La thèse porte alors principalement sur deux études : - la propagation de parois dans des films minces de FePt, en fonction du champ appliqué et de l'épaisseur de la couche mince (entre 2 et 6 nm). Nous étendons ici les études auparavant réalisées dans la limite de films ultra-minces (Pt/Co/Pt)/ - les phénomènes de couplage magnétique entre électrodes à aimantation perpendiculaire dans la jonction complète. En combinant études macroscopiques (magnéto-optiques) et locales, nous proposons une description détaillée de l'origine du couplage magnétique, et du processus qui peut conduire à la démagnétisation progressive de la couche dure lors du cyclage de la couche douce.

Les processus d'aimantation dans des aimants de type NdFeB ont été étudiés dans le cadre de cette thèse, sur la base de mesures d'aimantation macroscopiques et de caractérisations locales (MFM). Deux types d'échantillons ont été analysés : des aimants massifs dont les propriétés excellentes résultent d'un processus d'infiltration de NdCu le long des joints de grain (échantillons fournis par Toyota Motor Corporation) et des échantillons sous forme de couches épaisses, dont les microstructures, et, de ce fait les propriétés magnétiques, diffèrent. La variation thermique du champ coercitif et celle du volume d'activation ont été analysées dans le cadre de deux modèles, respectivement dénommé micromagnétique et global. Les valeurs déduites des deux paramètres principaux caractérisant la coercitivité (N représentant les effets du champ démagnétisant et α reliant le champ coercitif aux propriétés magnétiques intrinsèques de la phase dure) indiquent que dans les aimants massifs les différences de coercitivité entre échantillons sont dues pour l'essentiel à la variation de N alors que dans les films, c'est la variation du paramètre α qui joue le rôle principal. Le volume d'activation à une température donnée, dérivé de mesures de trainage magnétique, a des valeurs proches pour tous les échantillons massifs. Au contraire, il varie d'un échantillon à l'autre dans le cas des films : plus le champ coercitif est fort, plus petit est le volume d'activation. Une conclusion générale de cette étude est que les propriétés magnétiques au sein du volume d'activation sont proches de celles de la phase dure Nd2Fe14B. Le lien entre microstructure et coercivité a été examiné dans les films épais par microscopie de force magnétique (MFM). Des observations de films dans différents états rémanents le long du cycle d'hystérésis ont été réalisées. Des " domaines d'interactions " ont été révélés dans les films de faible coercitivté. Dans de tels films, comme dans ceux de coercitivité moyenne, le renversement d'aimantation est dominé par la propagation de domaines, alors que dans les films de plus forte coercitivité, la nucléation suivie de la propagation de domaines d'orientation inverse à celle de l'aimantation principale dominent.

Les processus d'aimantation dans des aimants de type NdFeB ont été étudiés dans le cadre de cette thèse, sur la base de mesures d'aimantation macroscopiques et de caractérisations locales (MFM). Deux types d'échantillons ont été analysés : des aimants massifs dont les propriétés excellentes résultent d'un processus d'infiltration de NdCu le long des joints de grain (échantillons fournis par Toyota Motor Corporation) et des échantillons sous forme de couches épaisses, dont les microstructures, et, de ce fait les propriétés magnétiques, diffèrent. La variation thermique du champ coercitif et celle du volume d'activation ont été analysées dans le cadre de deux modèles, respectivement dénommé micromagnétique et global. Les valeurs déduites des deux paramètres principaux caractérisant la coercitivité (N représentant les effets du champ démagnétisant et α reliant le champ coercitif aux propriétés magnétiques intrinsèques de la phase dure) indiquent que dans les aimants massifs les différences de coercitivité entre échantillons sont dues pour l'essentiel à la variation de N alors que dans les films, c'est la variation du paramètre α qui joue le rôle principal. Le volume d'activation à une température donnée, dérivé de mesures de trainage magnétique, a des valeurs proches pour tous les échantillons massifs. Au contraire, il varie d'un échantillon à l'autre dans le cas des films : plus le champ coercitif est fort, plus petit est le volume d'activation. Une conclusion générale de cette étude est que les propriétés magnétiques au sein du volume d'activation sont proches de celles de la phase dure Nd2Fe14B. Le lien entre microstructure et coercivité a été examiné dans les films épais par microscopie de force magnétique (MFM). Des observations de films dans différents états rémanents le long du cycle d'hystérésis ont été réalisées. Des « domaines d'interactions » ont été révélés dans les films de faible coercitivté. Dans de tels films, comme dans ceux de coercitivité moyenne, le renversement d'aimantation est dominé par la propagation de domaines, alors que dans les films de plus forte coercitivité, la nucléation suivie de la propagation de domaines d'orientation inverse à celle de l'aimantation principale dominent. / Magnetization reversal in NdFeB-type permanent magnets was studied in this thesis, based on both global (magnetometry) and local (magnetic force microscopy) experimental techniques. Two types of samples were analyzed: bulk magnets of which magnetic properties are greatly improved as a result of NdCu infiltration along the grain boundaries (samples provided by Toyota Motor Corporation) and thick film magnets with different microstructures and thus different coercive fields. The temperature dependence of the coercive field and that of the activation volume were analyzed in the framework of two models: the micromagnetic and the global model. The derived values of the two main parameters characterizing coercivity (N representing demagnetizing field effects and α linking the coercive field to the intrinsic magnetic properties of the hard phase) indicate that, in bulk magnets, the difference in coercivity between different samples is related mainly to N whereas in films the parameter alfa plays the leading role. The activation volume derived from magnetic after effect measurements is similar for all bulk samples at a given temperature. On the opposite, it varies in the case of films : the higher the coercive field, the smaller the activation volume. Altogether, it is concluded that the magnetic properties within the activation volume are close to those of the main phase. The link between microstructure and coercivity was studied in thick films, using magnetic force microscopy. Imaging of films that present different microstructures was performed in different remanent states along the hysteresis cycle. Interaction domains were observed in the case of films with lower coercive field. In such low coercivity films, as well as in medium coercivity ones, magnetization reversal is dominated by domain wall propagation, instead of nucleation + propagation in high coercivity films.

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d’imagerie médicale largement utilisée pour son caractère non-invasif et pour sa capacité à explorer les tissus mous. Des techniques IRM avancées et innovantes ont été développées de manière à améliorer la spécificité du signal des techniques conventionnelles et ainsi accéder à de nouvelles informations. Un axe de recherche particulièrement important en IRM concerne la possibilité d’accéder in vivo à des informations sur la myéline. Cette dernière est un constituant majeur du système nerveux central qui assure la bonne conduction nerveuse. Sa dégradation est l’une des caractéristiques de la sclérose en plaques, qui est la première cause de handicap sévère non traumatique chez le jeune adulte. Imager la myéline par IRM demeure néanmoins un challenge du fait du temps de relaxation T2 très court des protons la constituant. Le transfert d’aimantation inhomogène (ihMT) est une technique récemment découverte qui permet d’isoler le signal de composantes macromoléculaires grâce à leurs propriétés de relaxation dipolaire, caractérisées par la constante T1D. L’objectif de ce travail de thèse a concerné la validation de la technique ihMT comme biomarqueur de la myéline et l’évaluation de la spécificité du signal pour la myéline, sur des modèles murins (souris). / Magnetic resonance imaging (MRI) is a non-invasive medical imaging technique, widely used to explore soft tissues. Advanced and innovated MRI techniques have been developed to improve the specificity of conventional MR sequences thus allowing accessing new information. A particularly important research topic concerns the ability to in vivo access myelin information. Myelin is a major component of the central nervous system responsible for a good nerve conduction. Myelin alteration occurs in multiple sclerosis, one of the main cause for young adult permanent disability. However, myelin MRI is challenged by the very short relaxation time, T2, of myelin protons. Inhomogeneous magnetization transfer (ihMT) is a recent technique, which allows assessing macromolecular tissue component by exploiting their dipolar order relaxation properties, characterized by the time constant T1D. The objective of this thesis concerned the validation of ihMT as a myelin biomarker and the evaluation of the specificity of ihMT for myelin on mouse models.

Cette étude cherche à répondre aux besoins des géomagnéticiens: connaissance de la variation séculaire du champ, et des archéomètres: amélioration de la fiabilité des datations archéomagnétiques. Les variations directionnelles du champ magnétique sont bien connues pour les deux demiers millénaires en France, mais les données de paléointensité sont trop sporadiques ou peu fiables pour permettre l'établissement d'une courbe de référence. Nous avons donc cherché à acquérir de nouvelles données par l'étude de l'aimantation thermorémanente (ATR) des terres cuites archéologiques, en utilisant la méthode de Thellier. Nous nous sommes penchés sur les effets de l'atmosphère de chauffe, de l'anisotropie de l'ATR et des différences de vitesses de refroidissement. Vingt trois sites de 11 à 12 échantillons ont été analysés, deux ont été rejetés. Une précision de l'ordre de 5 à 1 0% de l'intensité estimée est atteinte et les résultats obtenus pour des âges proches sont cohérents. Nous avons regroupé ces données avec celles pUbliées pour l'Europe de l'Ouest. Différents modes de traitements ont été appliqués pour préciser l'allure des variations d'intensité durant ces vingt derniers siècles. Durant l'Antiquité l'intensité du champ magnétique terrestre, 1.3 fois plus élevée qu'à l'actuel, aurait faiblement varié, atteignant un maximum vers 200 à 300 ap. J.C.; depuis la fin du Moyen-Age, elle aurait décru assez régulièrement, avec des valeurs variant de 65 à 501JT. L'amplitude de ces variations, bien que faible comparée à la précision des estimations, montre que la connaissance de la paléointensité enregistrée par les terres cuites pourrait permettre de préciser la datation archéomagnétique de celles-ci.