Des matériaux lamellaires d'électrode positive pour batteries lithium-ion, de formule Li1+x(Ni0.425Mn0.425Co0.15)1-xO2 (0 < x < 0.12), ont été synthétisés par coprécipitation. Leurs propriétés structurales et physico-chimiques ont été caractérisées par diffraction (rayons X, neutrons et électrons), spectroscopie XPS, mesures magnétiques ... La surlithiation (Li / (Ni+Mn+Co) > 1) entraîne la présence de lithium en excès dans le site des métaux de transition. Une surstructure de type v3.ahex. x v3.a hex. analogue à celle observée pour Li2MnO3 a été mise en évidence par diffraction électronique. Les propriétés électrochimiques et les modifications structurales observées au cours du cyclage ont été caractérisées pour ces matériaux. La surlithiation entraîne la présence d'un " plateau " de potentiel à ~ 4.5V/Li pour le système Li // Li(Ni0.425Mn0.425Co0.15)0.88O2 ; celui-ci a été associé à des changements structuraux irréversibles mettant en jeu une réorganisation cationique dans les feuillets et une perte d'oxygène.

Le problème structural posé par les verres fluorés des éléments de transition 3d est abordé par EXAFS, diffraction (rayons X, neutrons) et modélisation.

Ce travail a pour objectif de contribuer à l'étude du magnétisme dans les oxydes isolants de type AB_2O_6 (A= Fe, Co, Ni; B= Ta, Sb). Ces composés cristallisent dans une structure trirutile et présentent une variété très riche de phases magnétiques. Tous les ordres observés peuvent être classés comme antiferromagnétiques mais diffèrent d'un ordre simple de type Néel. En outre, les substitutions comme Fe_xCo_{1-x}Ta_2O_6, Fe_xNi_{1-x}Ta_2O_6 et Co_xNi_{1-x}Ta_2O_6 conduisent à des domaines de coexistence de phases magnétiques et à des points bicritiques dans les diagrammes de phases T(x). Une caractéristique particulièrement intéressante de ces composés est le caractère quasi-bidimensionnel de leur magnétisme, puisque les ions de métaux de transitions A apparaissent dans des réseaux plans séparés par deux plans d'ions non magnétiques B. Une forte anisotropie de champ cristallin est observée sur les sites magnétiques, résultant de la distorsion axiale des octaèdres d'oxygènes qui entourent ces ions A. Nous avons abordé deux aspects complémentaires: théorique et expérimental. Du point de vue théorique, une reformulation du modèle bidimensionnel jusqu'à present utilisée pour décrire la susceptibilité paramagnétique nous a permi d'obtenir des constants d'échange compatibles avec les types d'ordre magnétique planaire observés. Considérant que le caractère tridimensionnel des structures magnétiques révélées par diffraction neutronique indique l'importance du couplage entre plans, quoique faible, à basse température, nous proposons un modèle tridimensionnel coherent avec les ordonnements observés aussi dans le plan ab qu'au long de l'axe c. Du point de vue expérimental, nous faisons des substitutions sur le site non magnétique pour modifier de façon systematique l'espacement entre les plans magnétiques et, en consequence, le couplage entre eux. En particulier, nous avons synthétisé des composés du type ANb_xTa_{2-x}O_6 avec A = Fe, Ni et Co, restant dans le domaine de stabilité de la phase quadratique, puisque la présence de Nb favorise une phase orthorhombique. Une caractérisation structurale et magnétique de ces systèmes est faite par diffraction de rayons X et de neutrons, complétées par des mesures de susceptibilité magnétique, chaleur spécifique et aimantation en fonction du champ appliqué. Nous étudions également des séries avec Sb à la place de Nb où nous avons également effectué des remplacements sur le site magnétique.

Ce travail a pour objectif de contribuer à l'étude du magnétisme dans les oxydes isolants de type AB_2O_6 (A= Fe, Co, Ni; B= Ta, Sb). Ces composés cristallisent dans une structure trirutile et présentent une variété très riche de phases magnétiques. Tous les ordres observés peuvent être classés comme antiferromagnétiques mais diffèrent d'un ordre simple de type Néel. En outre, les substitutions comme Fe_xCo_{1-x}Ta_2O_6, Fe_xNi_{1-x}Ta_2O_6 et Co_xNi_{1-x}Ta_2O_6 conduisent à des domaines de coexistence de phases magnétiques et à des points bicritiques dans les diagrammes de phases T(x). Une caractéristique particulièrement intéressante de ces composés est le caractère quasi-bidimensionnel de leur magnétisme, puisque les ions de métaux de transitions A apparaissent dans des réseaux plans séparés par deux plans d'ions non magnétiques B. Une forte anisotropie de champ cristallin est observée sur les sites magnétiques, résultant de la distorsion axiale des octaèdres d'oxygènes qui entourent ces ions A. Nous avons abordé deux aspects complémentaires: théorique et expérimental. Du point de vue théorique, une reformulation du modèle bidimensionnel jusqu'à present utilisée pour décrire la susceptibilité paramagnétique nous a permi d'obtenir des constants d'échange compatibles avec les types d'ordre magnétique planaire observés. Considérant que le caractère tridimensionnel des structures magnétiques révélées par diffraction neutronique indique l'importance du couplage entre plans, quoique faible, à basse température, nous proposons un modèle tridimensionnel coherent avec les ordonnements observés aussi dans le plan ab qu'au long de l'axe c. Du point de vue expérimental, nous faisons des substitutions sur le site non magnétique pour modifier de façon systematique l'espacement entre les plans magnétiques et, en consequence, le couplage entre eux. En particulier, nous avons synthétisé des composés du type ANb_xTa_{2-x}O_6 avec A = Fe, Ni et Co, restant dans le domaine de stabilité de la phase quadratique, puisque la présence de Nb favorise une phase orthorhombique. Une caractérisation structurale et magnétique de ces systèmes est faite par diffraction de rayons X et de neutrons, complétées par des mesures de susceptibilité magnétique, chaleur spécifique et aimantation en fonction du champ appliqué. Nous étudions également des séries avec Sb à la place de Nb où nous avons également effectué des remplacements sur le site magnétique. / This work aims to contribute to the study of magnetism in insulating oxides of the type AB_2O _6 (A = Fe, Co, Ni, Ta = B, Sb). These compounds crystallize in a trirutile structure and present a rich variety of magnetic phases. All the observed orderings can be classified as antiferromagnetic, but they differ from a simple Néel type order. Moreover, substitutions such as Fe_xCo_{1-x}Ta_2O_6, Fe_xNi_{1-x}Ta_2O_6 and Co_xNi_{1-x}Ta_2O_6 produce several regions of phase coexistence and bicritical points in the phase diagram T vs. x. A particularly interesting characteristic of these compounds is the quasi-two-dimensional nature of their magnetism, since the transition-metal ions A appear in layers separated by two planes of the non-magnetic ions B. They also show strong crystal-field anisotropy on the magnetic sites due to axial distortion of the oxygen octahedra surrounding the A ions. Our approach involves two complementary aspects: theoretical and experimental. From the theoretical point of view, a reformulation of the two-dimensional model used until now to describe the paramagnetic susceptibility allows us to obtain exchange parameters compatible with the observed planar magnetic orderings. Considering that the three-dimensional character the magnetic structures revealed by neutron diffraction indicates that the coupling between planes, although weak, plays an important role to low temperatures, we propose a three-dimensional model consistent with the observed orderings both in the ab plane and along the c axis. From the experimental point of view, we make substitutions on the non-magnetic sites, in order to systematically modify the spacing between planes and, consequently, the coupling between them. In particular, we have synthesized compounds of type ANb_xTa_{2-x}O_6 with A = Fe, Ni and Co, remaining in the stability region of tetragonal phase, since the presence of Nb favors an orthorhombic phase. The structural and magnetic characterization of the systems is done via the X-ray and neutron diffraction as well as measurements of magnetic susceptibility, specific heat, and magnetization as a function of the applied field. We also study series with Sb in place of Nb where we additionally include substitutions in the magnetic site.

Ce travail a porté sur l'étude des phases métastables de l'alliage à mémoire de forme CuAlBe sous différents types de sollicitations mécaniques et thermiques par diffraction des neutrons. Il a permis de définir un protocole expérimental de caractérisation des transformations des phases métastables caractéristiques de l'effet mémoire de forme et de la superélasticité. Après élaboration par filage à chaud suivi d'une trempe à l'eau, le matériau est entièrement austénitique β1. Sa microstructure est composée de grains de taille relativement importante, de l'ordre de 400 µm. Ce procédé de fabrication génère une texture cristallographique de type fibre partielle <001>. L'étude de la superélasticité lors d'un essai de traction à température ambiante a mis en évidence le comportement pseudoélastique de l'alliage. L'étude de l'évolution des microdéformations a permis de mettre en avant la forte hétérogénéité de comportement du plan (400). Le pic de diffraction de ce plan présente également un fort élargissement dû aux fautes d'empilements qui est directement à relier à la transformation de phase de l'austénite en martensite. La martensite β'1 de structure monoclinique 18R complexe a été affinée à l'aide d'un modèle de type 6M. Ce modèle permet de rendre compte au mieux de la faible périodicité des fautes d'empilement caractéristiques de cette phase métastable à notre échelle d'analyse caractéristique d'un volume de l'ordre du centimètre cube. Après déformation plastique, la texture cristallographique du matériau a fortement évoluée. Le laminage à froid fait disparaitre la fibre partielle <001>. Aux plus forts taux de déformation plastique par laminage à chaud, la fibre <111> apparait. Cette forte déformation affecte également l'orientation des lattes de martensite. D'autre part, les températures des transformations de phases ainsi que l'hystérésis sont modifiées. Cependant, la structure cristallographique de la martensite générée par déformation plastique est identique à celle obtenue par refroidissement pour notre échelle d'observation. L'étude du retour à l'équilibre des phases métastables après recuit à haute température suivi d'une trempe sur un échantillon déformé plastiquement a montré la disparition totale de la martensite et l'apparition des phases stables α et γ2 pour des températures de recuit entre 500°C et 600°C. Au-delà de 600°C, ces deux phases disparaissent au profit de la phase β. On observe alors un fort grossissement du grain. La texture cristallographique est de nouveau caractérisée par la fibre partielle <001>. / This work deals with the study of metastable phases of CuAlBe shape memory alloy under mechanical and thermal solicitations by neutron diffraction. It enables to define an experimental protocol of characterization of metastable phase transformation.The raw material is fully austenitic at room temperature. Its microstructure is composed by huge grain size, close to 400 µm. The crystallographic texture is characterized by a <001> partial fibber.The study of the superelasticity during a tensile test at room temperature demonstrated the pseudoelastic behaviour of this material. The evolution of microdeformations showed the heterogeneous behaviour, especially for the (400) plane in axial direction. The diffraction peak of this plane family also has an important increase of the width. This increase can be linked to the transformation of the austenite into martensite.The crystallographic structure of the monoclinic martensite β'1 has been refined using the 6M model. This model enables to report the relatively low periodicity of stacking faults characterizing the martensitic transformation.After plastic deformation, the crystallographic texture evolved. The <001> partial fibber disappears. For the larger deformation rates, the <111> fibber appears.This large deformation also affects the martensite variant orientation and modifies the temperature of phase transformation.The return into equilibrium of metastable phases after annealing treatments between 500°C and 600°C followed by a quenching at room temperature on a plastically deformed sample has shown the disappearance of martensite and the growth of α and γ2 stable phases. Beyond 600°C, the grains grow largely. The crystallographic texture is characterized by the <001> partial fibber.

Depuis la mise en évidence des potentialités du phosphate LiFePO4 comme électrode positive de batteries lithium-ion, un très fort regain d'intérêt pour les phosphates de fer est actuellement observé. Dans cette optique de recherche de nouveaux matériaux, notre intérêt s'est porté sur la phase Na3Fe3(PO4)4 et sur des monophosphates de fer et de manganèse de type alluaudite LiXNa1-XMnFe2(PO4)3. Leurs structures, respectivement en couche et en chaines, en font de bons candidats pour des applications en tant que matériau d'électrode pour des batteries au lithium ou au sodium. Notre étude porte donc, d'une part, sur la synthèse et la caractérisation structurale de ces phases, et d'autre part sur leurs propriétés physiques et électrochimiques.

Nous avons développé un modèle et un programme d'affinement joint des densités de charge et spin. Lors des premiers tests plusieurs difficultés sont apparues et ont été étudiées puis résolues notamment par la mise en place de contraintes. Après la mise en place d'un programme stable d'affinement joint nous avons testé celui-ci sur le complexe MnCu(pba)...(H2O)3...2H2O, ou pba représente le 1,3-propylenbis(oxamato) en réutilisant les données provenant d'une expérience de diffraction de neutrons polarisés et en effectuant une nouvelle expérience de diffraction des rayons X à 10K, température à laquelle l'expérience de diffraction des neutrons polarisés a été conduite. Cette étude a permis de tester trois schémas de pondération, ainsi que les contraintes. Ces tests ont montré que l'affinement joint permet de retrouver les résultats des différents affinements séparés mais aussi d'aller plus loin en autorisant un affinement de la densité de spin avec plus de paramètres pertinents. Suite à ces premiers tests nous nous sommes intéressés à un complexe azido cuivre (Cu2L2(N3)2 avec L=1,1,1-trifluoro-7-(dimethylamino)-4-méthyle-5-aza-3-heptène-2-onato). L'affinement joint a permis d'avoir accès, pour la première fois, à la densité de valence expérimentale résolue en spin et d'affiner également des paramètres de contraction/dilatation différents pour la valence avec un spin up ou un spin down. Dans le dernier chapitre nous avons étudié un complexe de cobalt qui présentait des propriétés magnétiques intéressantes. Cependant la particularité magnétique du composé venant d'une forte anisotropie magnétique a rendu l'étude par affinement joint délicate dans un premier temps, c'est pourquoi nous avons étudié ce composé uniquement d'un point de vue de la densité de charge. Cette étude a tout de même permis de mettre en évidence expérimentalement à 100K un angle de torsion de 39° entre les axes principaux des atomes de cobalt, prédit par la théorie

Parmi les matériaux piézo-électriques, les pérovskites ferroélectriques à base de plomb sont connus pour avoir les meilleurs coefficients piézo-électriques et couplage électromécanique. Ils sont largement utilisés dans diverses applications industrielles et technologiques. Les "ferroélectrique relaxeurs" appartiennent à cette famille. Leur structure est caractérisée par la présence de nanorégions polaires orientées de façon aléatoire. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des propriétés structurales et dynamiques de matériaux ferroélectriques et relaxeurs tels que PbTiO3, PbZr0.52Ti0.48O3, PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN), PbZn1/3Nb2/3O3, et PbMg1/3Ta2/3O3 (PMT). La structure à longue et courte portée a été étudiée par diffraction de neutrons et spectroscopie d'absorption des rayons X (XAFS), alors que la spectroscopie hyper-Raman (HR) est utilisée pour sonder les vibrations. L'analyse de la structure locale de matériaux pérovskites complexes AB'B''O3 montre que la pression diminue le désordre statique des gros cations occupant le site B, tandis que le champ électrique appliqué a un effet opposé. Cette distortion induite sous champ pourrait être à l'origine des forts coefficient piézoélectrique dans ces matériaux. La diffusion HR dans PMN et PMT a permis d'observer pour la première fois le "mode mou" responsable de la dépendance en température de la constante diélectrique. L'analyse des règles de sélection et la description en modes propres des vibrations actives en HR, permet de rendre compte de l'implication de chaque atome dans le comportement structural en température des ferroélectriques relaxeurs. / Among piezoelectric materials, lead-based ferroelectric perovskites are known to have the largest piezoelectric coefficients and electromechanical coupling. They are widely used in dfferent industrial and technological applications. The so-called "relaxors" belong to this family. Their structure is characterized by the presence of randomly oriented polar nanoregions. In this thesis, we are interested in studying the structural and dynamical properties of prototypical ferroelectric materials and relaxors such as PbTiO3, PbZr0.52Ti0.48O3, PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN), PbZn1/3Nb2/3O3, and PbMg1/3Ta2/3O3 (PMT). The long and short range structure has been investigated by neutron diffraction and X-ray absorption fine structure (XAFS), while hyper-Raman scattering (HRS) is used to probe the vibrations. The local structure analysis of complex perovskite materials AB'B''O3 shows that pressure reduces the static disorder of the large cation occupying the B-site, while an applied electric field has an opposite effect. This field-induced distortion might relate to the large piezoelectric coefficient in such materials. HRS in PMN and PMT allows the first observation of the "primary" soft mode responsible for the temperature dependence of the dielectric constant. The selection rule analysis reveals the nature of the HRS active vibrational bands and enables us to get insights about the involvement of each atom in the structural modifications upon temperature.

Le magnétisme moléculaire est une discipline qui regroupe le magnétisme de molécules relativement simples mais aussi celui de systèmes très complexes : molécules à haut spin, aimants à base moléculaire, molécules-aimants… Le travail présenté ici se place dans ce contexte et abord la synthèse et l’étude détaillée des structures cristallines et des propriétés magnétiques de complexes polymétalliques à base de métaux 3d et 4f. L’une des préoccupations majeure de ce travail concerne la compréhension des relations magnéto-structurales dans ces systèmes. Dans le premier chapitre nous donnons quelques éléments de magnétisme moléculaire et les principaux résultats dans le domaine des matériaux à base moléculaire. Dans le deuxième chapitre de ce travail nous présentons les résultats variés obtenus grâce à l’association d’un ligand simple, la 2-hydrosypyridine, avec des ions de CuII et LnIII. Les synthèses réalisées ont permis d’obtenir deux séries différentes de composés : hexanucléaires de type [Cu4Ln2] et décanucléaires de type [Cu8Ln2]. Dans le troisième chapitre nous avons focalisé notre étude sur la synthèse et caractérisation d’un complexe à valence mixte de manganèse comportant le cation [MnII(MnII3MnIII3)L12]5+, ou L = 2-hydroxybenzimidazole. Dans le dernier chapitre nous présentons les résultats de l’étude théorique et expérimentale des interactions antiferromagnétiques et de l’anisotropie dans un composé dinucléaire de CoII à partir de mesures effectuées sur des monocristaux de grande taille. Cette étude a été complétée par une étude par diffraction de neutrons polarisés selon les trois directions cristallographiques a, b et c d’un monocristal / Molecular magnetism is a field which gathers the magnetism of the simplest molecules but also that of very complex systems : high-spin molecules, molecular-based magnets, single molecule magnets, magnetic supramolecular buildings. Coordination chemistry is one way to obtain compounds with specific magnetic properties : ferromagnetic exchange interactions, uniaxial anisotropy, slow relaxation and quantum tunnelling of magnetization. In this context, the work presented here reports the synthesis and the detailed study of the crystal structures and interest of this study is the understanding of the magneto-structural relationships. In the fist chapter we give some elements of molecular magnetism. In the second chapter we present the results obtained by the association of 2-hydroxypyridine lignad, with cuII et LnIII ions. The syntheses lead to two different series of compounds : [Tu4Ln2] and [Cu8Ln2]. In the third chapiter we foaclized our attention on synthesis and study of new heptanuclear mixed-valence manganese complex with 2-OHBzIm ligand (2-hydroxybenzimidazole). The structure is formed by [Mn7(L]12]5+ core, consisting in a nearly planar Mn7 unit comprising a central Mn held within a Mn6 hexagon. The magnetic properties of this compound show a single molecule magnet behaviour. In the last chapter we report the results of the theoretical and experimental study of the antiferromagnetic exchange interactions ad the anisotropy in a dinuclear CoII complex from measurements made on large size single crystal. This study was completed with a polarized neutron diffraction study

Les fils composites Cu/Nb étudiés ici sont d'excellents candidats pour les bobines non destructives générant des champs magnétiques pulsés intenses (B ≥ 100T). Ils sont fabriqués par Accumulative Drawing and Bundling (ADB) et sont constitué de renforts continus de Nb dans une matrice multi-échelles de Cu. Ces travaux rentrent dans le cadre du projet METAFORES (ANR-12-BS09-0002), visant l’évaluation des effets de taille et d’architecture sur les propriétés des conducteurs Cu/Nb. L’objectif principal consiste donc à caractériser leur microstructure et leurs propriétés à chaque étape de la fabrication par différentes techniques de caractérisation. Des essais mécaniques et électriques montrent une augmentation de la limite d’élasticité avec l’affinement de la microstructure tout en conservant une conductivité électrique adéquate. Les études de la texture globale par DRX ont mis en évidence trois composantes de texture de fibre dont deux pour la matrice de Cu (<111> et <100>) et une composante unique <110> pour le Nb. On retrouve ces trois composantes de texture dans les analyses locales (EBSD), cependant les proportions relatives des composantes du Cu varient en fonction du nombre de cycles ADB.Les essais de déformation in-situ sous neutrons ont mis en évidence des comportements élasto-plastique et purement élastique des familles de grains {111} du Cu et {110} du Nb respectivement, quels que soient les échantillons. Pour la famille {200} du Cu, le comportement mécanique varie en fonction du nombre de cycles ADB. Tous ces résultats viendront nourrir les simulations effectuées dans le cadre du projet METAFORES (Thèse de Tang Gu, ENSAM-Paris/Mines ParisTech). / High strength and high conductivity Cu/Nb composites studied here are very good candidates for the design of magnets generating high pulsed magnetic fields (B ≥ 100T). They are fabricated by Accumulative Drawing and Bundling (ADB) and are constituted with a multi-scale Cu matrix embedding continuous Nb filaments that are distributed in a controlled manner. This study is performed within the framework of the METAFORES project (ANR-12-BS09-0002) aiming at assessing size and architecture effects on properties of these Cu/Nb conductors. The main purpose is therefore to characterize the microstructure and properties of these conductors at different stages of the fabrication process. Mechanical and electrical results show an increase in yield strength while maintaining adequate electrical conductivity. Global texture studies confirm three fiber texture components: two for the Cu matrix (<111> and <100>) and a single component <110 > for Nb. These three texture components are also observed at the local scale analysis (EBSD); however the volume fractions of the Cu components locally depend on the number of ADB cycles.In-situ deformation tests under neutrons reveal elasticplastic and purely elastic behaviors of the {111} Cu and {110} Nb grains family respectively, whatever the samples. However, for the {200} Cu grains family, mechanical behavior strongly depends on the number of ADB cycles. These results will feed the simulations conducted in the METAFORES project (Thesis of Tang Gu, ENSAM-Paris / Mines ParisTech).