Reproduction de : Thèse de doctorat : sciences de la terre, pétrologie : Clermont Ferrand 2 : 2005. / Thèse avec publication en anglais et annexes. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 235-247.

Le but du travail entrepris ici est d'étudier et d'élaborer des matériaux magnétiques pour applications micro-ondes, notamment pour la réalisation de dispositifs de type circulateur. Mais parmi les applications nécessitant de tels matériaux, on peut également citer les déphaseurs. Si l'essentiel du travail ne porte pas sur l'amélioration des performances des composants en termes de pertes d'insertion et d'isolation, d'autres points apparaissent comme pouvant donner lieu à des évolutions notables. C'est pourquoi nous nous proposons ici d'orienter le travail plus sur les aspects de mise en œuvre du matériau. L'objectif poursuivi tout au long de cette thèse est double : à la fois scientifique et technologique. En effet, l'amélioration que nous nous proposons d'apporter par nos matériaux n'est pas anodine et si cela a des intérêts du point de vue des procédés technologiques, c'est aussi l'occasion d'une réflexion sur le matériau en lui-même, et les mécanismes chimiques qui lui confèrent ses propriétés particulières. D'autre part, la fabrication d'un composant comme le circulateur est un processus complexe. Ce dispositif est un assemblage délicat de différents matériaux qui, à l'heure actuelle, est difficilement automatisable. L'intervention humaine nécessaire à l'assemblage limite par conséquent la miniaturisation de ce composant.

La minimisation des circuits et la montée en fréquence constituent deux enjeux importants des systèmes de communication du futur. Cela nécessite un haut degré d'intégration, des performances plus élevées à coût réduit. Ce travail a pour objectif la conception et la réalisation de nouveaux isolateurs réalisés sur ligne coplanaire asymétrique à base de deux types de matériaux ferrite : hexaferrite de baryum (BaM) et grenat d’yttrium et de fer (YIG). La première étude, présentée sur une structure coplanaire à couche de BaM, a été effectuée pour montrer la faisabilité d’un isolateur à déplacement de champ dans la bande 40-50 GHz. La seconde a utilisé le YIG saturé pour des applications autour de 10 GHz. La nouvelle structure d’isolateur utilise le phénomène physique de déplacement de champ lorsqu’elle est polarisée par un champmagnétique continu. Elle est constituée d’une ligne coplanaire asymétrique gravée sur une couche ou un substrat magnétique et d’un demi-plan de masse arrière. Plusieurs séries de prototypes ont été fabriquées puis caractérisées à partir d’un banc de mesure hyperfréquence composé d’un testeur sous pointes à trois accès et d’un analyseur vectoriel de réseaux. Les résultats expérimentaux sont très encourageants car nous obtenons des pertes d’insertion faibles, dans le meilleur des cas inférieures à 1 dB et une isolation de plus de 16 dB. / The minimization of circuits and the increasing frequency are two important issues of future communication systems. That requires a high degree of integration, higher performance at reduced cost. This work aims to design and implementation of new isolators on coplanar line based on two types of ferrite materials: barium hexaferrite (BaM) and garnet and yttrium iron (YIG). The first study presented on a planar layer of BaM leads to the feasibility of the isolator of field displacement in the 40-50 GHz band. The second one concerns the use of saturated YIG for applications around 10 GHz. The magnetic field displacement phenomenon appears when the magnetic substrate is polarized by a D.C. magnetic field. The new isolator structure is made from an asymmetric coplanar line put on a layer or magnetic substrate with a half ground plane placed under this substrate. Several sets of prototypes are fabricated and characterized from a measurement bench which is composed by a microwave prober and a vector network analyzer. The experimental results are very promising because low insertion loss (less than 1 dB) and isolation (over 16 dB) have been obtained

Les systèmes embarqués dans les aéronefs comme dans les véhicules spatiaux doivent impérativement se conformer aux impératifs de masse et de volume mais aussi de coût. Les modules actifs pour antenne à balayage électronique constituent, dans ce cadre, un enjeu stratégique majeur en termes de masse, de volume et de fiabilité. Dans une antenne à balayage électronique actuelle, on peut trouver jusqu’à 1000 modules, chacun étant équipé d’un circulateur-isolateur afin de garantir ses performances. La technologie des circulateurs et des isolateurs à ferrite reste la plus performante en termes d’isolation et de pertes d’insertion. Elle est de plus totalement passive et ne demande aucune énergie extérieure pour son fonctionnement. Elle reste néanmoins coûteuse car la fabrication industrielle de ces dispositifs consiste à assembler mécaniquement de nombreuses pièces usinées précisément : céramiques magnétiques et diélectriques, aimants, conducteurs en cuivre et pièces en métal magnétique doux. De plus, le niveau d’intégration recherché nécessite de réduire les dimensions sans augmenter les pertes pour des niveaux de puissance qui peuvent être importants. S’inspirant des composants céramiques multicouches (condensateurs et inductances) ainsi que de la technologie LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics), une nouvelle voie de fabrication de ces composants, en rupture avec les technologies d’assemblage traditionnelles, est abordée dans ces travaux de thèse. L’idée consiste à réaliser par cofrittage le cœur du composant qui est le plus délicat à ajuster et qui détermine le volume final. Les ferrites qui constituent actuellement le cœur des circulateurs sont principalement des grenats ferrimagnétiques fabriqués par des techniques céramiques classiques et frittés à haute température (> 1400°C). Pour les rendre compatibles de la technologie LTCC, il est nécessaire de diminuer leur température de frittage. Les températures visées doivent être inférieures à 1000°C pour pouvoir cofritter avec des parties métalliques en or et si possible être proches de 900°C pour espérer cofritter avec de l’argent. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse était de mettre au point des grenats ferrimagnétiques pour des applications en hyperfréquences présentant des températures de frittage proche de 900°C. Ces ferrites ont alors été utilisés pour la réalisation de circulateurs hyperfréquences, composants indispensables dans les systèmes de Radars et de télécommunications. De plus, des études d’optimisation des propriétés magnétiques et diélectriques de ces ferrites ont aussi été réalisées pour adapter le ferrite aux conditions de fonctionnement (gamme de fréquence et niveau de puissance). / Embedded systems in aircraft must comply with the requirements of mass, volume and cost. The active modules of electronic scanning antenna are, in this context, a strategic challenge in terms of mass, volume and reliability. Today, there are up to 1000 modules per antenna, each one containing a circulator-isolator in order to guarantee its performances. The technology of ferrite circulators and isolators remains the most efficient in terms of isolation and insertion losses. It is also fully passive as no external energy is required to work. However this technology is expensive due to complex mechanical assembling of the different materials: magnetic and dielectric ceramics, magnets, conductors made of copper and soft metallic material. The integration of such devices also requires the reduction of dimensions without increasing losses for power levels that can be high. Based on by multilayer ceramic components (capacitors and inductors) as well as Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) technology, a new way of manufacturing these components, is investigated in this PhD work.. The idea is to be able to cofire the heart of the component which is the most difficult to adjust and also determines the final volume. The ferrites which currently constitute the core of the circulators are ferrimagnetic garnets synthetized by using a conventional ceramic process and sintered at high temperature (> 1400°C). To make them compatible with LTCC technology, it is essential to reduce their sintering temperature. The targeted temperatures must be less than 1000°C in order to cofire with gold metal parts and, if possible, close to 900°C for circulators with silver. In this context, the objective of this PhD work was to develop a ferrimagnetic garnet for microwave applications with sintering temperatures close to 900°C. This ferrite was then used for the preparation of microwave circulators which are essential components in radar and telecommunications systems. In addition, studies of optimization of the magnetic and dielectric properties have also been carried out to meet the operating requirements (frequency band and power level).

Les corps ultramafiques des Monts du Lyonnais (bois des Feuilles, Chagnon) et de l'Artige (haut-limousin) contiennent des lherzolites à spinelle, des lherzolites à spinelle et grenat, des dunites à grenat et spinelle ainsi que des pyroxénolites à grenats. Ces ultrabasites offrent des textures porphyroclastiques et mylonitiques consécutives a des deformations deH.T. et H.P.. En outre une investigation thermobarométrique fine a permis de déceler un rééquilibrage tardif qui a sensiblement modifié les compositions des opx. Ce rééquilibrage est contemporain du recuit post-tectonique qui affecte les olivines et les pyroxènes. Le modéle géodynamique de mise en place proposé est celui d'un "diapir" asthénopsherique chaud et "plastique".

Cette thèse a pour but d'étudier l'environnement électronique et structural du chrome en substitution de l'aluminium dans des cristaux isolants cubiques, et de discuter son influence sur la variation du champ cristallin. Nous avons combiné des spectroscopies sélectives du chrome (EXAFS et XANES au seuil K), une approche ab initio (calculs de minimisation d'énergie et de spectres XANES) et une approche multiélectronique (simulation du dichroïsme linéaire naturel des rayons X). Des développements théoriques ont été effectués puis appliqués au cas de la section efficace d'absorption X, afin d'extraire les propriétés spectroscopiques d'un site individuel à partir de celles du cristal cubique.<br /><br />L'environnement structural relaxé autour du Cr a été déterminé pour le spinelle MgAl2O4:Cr3+ (rouge) et pour les grenats pyrope Mg3Al2Si3O12:Cr3+ (rouge) et grossulaire Ca3Al2Si3O12:Cr3+ (vert). La sphère de coordination du Cr est voisine de celle observée dans le pôle pur chromifère correspondant (MgCr2O4, Mg3Cr2Si3O12 et Ca3Cr2Si3O12, respectivement), du point de vue des distances interatomiques et de la symétrie locale. La variation de la distance moyenne Cr-O joue un rôle important dans celle du champ cristallin, mais ne permet pas d'expliquer à elle seule l'évolution du celui-ci au sein des solutions solides, entre les cristaux dilués et entre les cristaux concentrés. Nous montrons que la nature de la liaison Cr-O est un facteur important et que l'environnement à moyenne distance autour du chrome exerce une influence sur ses propriétés spectroscopiques. En particulier, les deuxièmes voisins ont un effet privilégié sur la distance Cr-O et la nature de cette liaison.

L'étude des roches intrus ives de la zone houillère briançonnaise concerne deux phénomènes indépendants permettant d'expliquer leur évolution minéralogique et géochimique : (1) le magmatîsme hercynien (2) et le métamorphisme alpin. Le magmatisme hercynien : Il concerne presque exclusivement les roches intrusives de la série gréso-pélitique du Carbonifère et se traduit par des phénomènes cryptovolcaniques et plutoniques: sills, dykes (peu) et un pluton d'extension kilométrique, de roches surtout microgrenues porphyriques. Les liquides mis en place sont de nature dioritique et granodioritique (9/10) accompagnés d'un faible volume de granite et d'une quantité mineure de roches à tendance basaltique (dolérites s.l. ). La pétrologie et la géochimie des éléments majeurs (hormis Ca, Na et K) et en trace montrent indiscutablement l'appartenance de ce magmatisme à la lignée calco-alcaline et l'unicité de la série de différenciation à partir d'un seul magma parental. L'absence de pyroxène et d'olivine, ainsi que le comportement de V, Ni et Cr, témoignent d'une différenciation par cristallisation fractionnée intratellurique de titanomagnétite, hornblende et plagioclase; en outre, l'absence de minéraux ferromagnésiens pyrogènes anhydres (hormis la titanomagnétite) indique la très grande richesse en fluide de ce magmatisme (plus de 6 % d'eau en poids). Dans les zones fortement injectées, un autométamorphisme apparaît dans les roches intrusives, affectant ces minéraux pyrogènes ou donnant de la biotite ou de l'actino-hornblende et un métamorphisme de contact se développe dans les grès et les pélites encaissantes donnant des cornéennes. Des comparaisons géochimiques (éléments majeurs seulement) effectuées avec d'autres gisements régionaux permiens (Vallon de la Ponsonnière) font apparaitre des divergences notables portant sur le Ti et les alcalins. Le volcanisme de la zone houillère briançonnaise replacé dans le contexte géostructural européen fini-hercynien où des phénomènes volcaniques de nature très diverse (calco-alcalin, alcalin, tholéiitique )se côtoient ou se téléscopent (Vosges), est difficilement interprétable malgré ses caractères géochimiques tranchés. Le comportement géochimique peu contrasté du Ti situe ce magmatisme dans un contexte géostructural compressif et sa position paléogéographique le long de fractures profondes qui ont joué un rôle prépondérant dans l'Europe hercynienne et alpine. Le métamorphisme alpin: Les paragenèses métamorphiques se développent presque exclusivement au sein des porphyres verts (microgranodiorites - microdiorites) qui constituent un milieu chimiquement privilégié, compatible avec la cristallisation des aluminosilicates calciques typomorphes. Deux tendances principales sont mises en évidence dans les porphyres verts: (1) des associations à lawsonite exceptionnelle (région de Briançon) (2) des associations à lawsonite dominante (région de la Bissorte Arc) auxquelles s'associent à divers degrés la pumpellyite, la prehnite, l'albite, le mica blanc, la chlorite et le sphène. La différenciation chimique due au métamorphisme a surtout affecté les alcalins et le Ca. Elle se manifeste par une destruction de la molécule d'anorthite contrebalancée par une albitisation et/ou une muscovitisation qui se traduisent par un gain en Na ou en K et/ou perte substantielle en Ca. Au contraire, l'Al, élément peu mobile, présente par rapport au chimisme originel un gain marqué, manifesté par la présence de corindon normatif. Les autres éléments subissent des variations négligeables diminuées par l'augmentation de la perte au feu. Les teneurs en Li des porphyres verts intermédiaires sont anormalement élevées (X = 50.25) comparativement aux teneurs de quelques andésites non métamorphiques (Sud Pérou et Sardaigne, X = 14.62 et X = 19.04) et la corrélation Li - FeO est hautement significative. En effet, jointe à l'abondance de Fe 2 + de ces roches, la corrélation Li - FeO, et les résultats obtenus par projection vectorielle et A. C. P. N., laissent supposer que la chlorite est le minéral porteur de cet élément. Des analyses ponctuelles à la microsonde sur le couple chlorite - pumpellyite ne mettent en évidence aucune corrélation Fe/ Fe + Mg entre ces deux phases. Contrairement à la pumpellyite qui montre une grande indépendance vis à vis du chimisme de la roche hote, la chlorite montre une dépendance affirmée. Le chimisme des pumpellyites qui varie de la Fe- pumpellyite à l'Al - pumpellyite est très dépendant de fO2 qui contrôle les substitutions Fe3+ - Al3+ et Fe2+ - Mg2+ . La complexité des paragenèses métamorphiques et leur succession indiquent une grande sensibilité des aluminosilicates calciques aux faibles variations des paramètres physiques. Ainsi que le montre la grande ubiquité des paragenèses à calcite-chlorite-albite-mica blanc, a CO2 joue un rôle prépondérant dans la stabilité des aluminosilicates calciques et l'omniprésence du sphène ou du leucoxène associé aux paragénèses typomorphes permettent d'avancer une X CO2 = 0.04. Les deux paragenèses dominantes mises en évidence permettent d'établir deux sous zones dans la zone à albite-lawsonite déterminée par Saliot (1970) se répartissant de part et d'autre d'une ligne de direction relativement sécante par apport aux structures alpines. Ces divergences dans l'apparition des silicates typomorphes sont en liaison étroite avec les variations du paramètre P. Le bâti méridional ( région de Briançon) aurait subi une élévation faible de température (250 à 300°C) accompagnée d'une augmentation modérée de pression (P 2. 5 kb ) alors que le bâti septentrional ( région de Bissorte - Arc) aurait subi,pour une température équivalente, une augmentation plus brutale et plus homogène de la pression. En outre, les porphyres du Nord et le bâti sédimentaire montrent des déformations et des recristallisations plus poussées, ainsi qu'une schistosité plus marquée.

À l'interface entre l'optique, le magnétisme et la supraconductivité, nous cherchons à dévelop-per de nouveaux concepts pour la manipulation optique, la génération et l'étude des vortex d'Abrikosov individuels dans des systèmes supraconducteurs. D'une part, nous démontrons l'efficacité d'une méthode optique de génération spontanée d'une paire de vortex/anti-vortex par effet Kibble Zurek basée sur l'utilisation d'une impulsion laser focalisée à la surface d'un film supraconducteur. C'est une technique en champ lointain, rapide qui permet de créer et piéger une paire dans le condensat supraconducteur à une position stable et reproductible. Cette expérience est également adaptée à l'étude du scénario Kibble-Zurek, relatif à la nucléation spontanée de défauts topologiques, tels que les vortex d'Abrikosov, lors de transitions de phase rapides du second ordre. D'autre part, nous présentons les résultats d'une expérience pompe-sonde visant à étudier l'effet Faraday inverse dans le grenat de BiLuIG servant à l'imagerie magnéto-optique des vortex. Nous montrons qu'il est possible de générer un champ magnétique femtoseconde de plusieurs Tesla localisé dans le grenat grâce à une impulsion laser ultra-courte de polarisation circulaire. Ces résultats nous permettent d'étudier les conditions expérimentales pour une génération de paires de vortex/anti-vortex par méthode magnéto-optique, basée sur l'application d'un fort champ magnétique à la surface du supraconducteur. La possibilité de manipuler et générer les vortex, véritables nano-objets de l'état supraconducteur, offre des perspectives prometteuses quant au développement du contrôle optique de micro-circuits supraconducteurs tels que les jonctions Josephson. / At the interface between optics, magnetism and superconductivity, we want to develop new concepts for the optical manipulation, the generation and the study of individual Abrikosov vortices in superconducting systems. On one hand, we demonstrate the efficiency of an optical method to perform spontaneous generation of a single vortex/anti-vortex pair by Kibble Zurek effect, based on a laser pulse focused at the superconductor film surface. It is a fast far field method to create and trap a pair into the superconducting condensate at a reproducible and stable position. This experiment is also adapted to the study of the Kibble Zurek mechanism, describing nucleation of topological defects such as Abrikosov vortices during a fast second order phase transition. On the other hand, we present the results of a pomp-probe experiment to the study the inverse Faraday effect into a BiLuIG garnet used for magneto-optical imaging of vortices. We show the possibility to produce a strong femtosecond magnetic field of a few Tesla localized into the garnet with a circularly polarized ultra-short laser pulse. Those results lead to the determination of the experimental conditions necessary to generate a vortex/anti-vortex pair with a magneto-optical method based on the application of a strong magnetic field close to the superconductor surface. Fast optical manipulation and generation of vortices, which are intrinsic nano-objects of the superconducting state, should enable the development of optically driven superconducting micro-circuits such as Josephson junctions.

Dans le domaine des hyperfréquences, les composants passifs actuellement commercialisés, de type circulateurs ou isolateurs, sont fabriqués de façon unitaire à partir des substrats de ferrite et avec des structures microruban ou triplaque. La miniaturisation et l'intégration des ces circulateurs nécessitent de disposer d'une couche mince magnétique qui possède des propriétés magnétiques proche des matériaux massifs. Ce travail s'intéresse donc à deux points particuliers pour la réalisation du circulateur : miniaturisation et fabrication collective. Les travaux relatés dans ce manuscrit ont pour objectif la conception et la réalisation d'un circulateur coplanaire à couche magnétique de YIG en bande X pour des applications en télécommunications. L'étude présentée débute la mise en place d'un processus de dimensionnement. A partir des travaux de Bosma, les règles de design sont mises en place de façon analytique pour un circulateur triplaque. Après avoir affiné les dimensions de façon numérique, les résultats sont transposés à la structure coplanaire et optimisés à l'aide d'un simulateur électromagnétique. Plusieurs structures de circulateur en couche mince et couche massive sont utilisées. Les épaisseurs vont de 16 à 1000 µm. Plusieurs séries de prototypes sont fabriquées puis caractérisées à partir d'un banc de mesure hyperfréquence composé d'un testeur sous pointes à trois accès et d'un analyseur vectoriel de réseaux. Les résultats expérimentaux de différents prototypes de différentes épaisseurs sont présentés tout en dressant une comparaison avec les rétro-simulations en 3D. Une réflexion sur les résultats généraux est réalisée et nous proposons des pistes pour l'amélioration des performances de nos prototypes.

L'Ouest de la Côte d'Ivoire se caractérise par la juxtaposition d'un domaine Archéen (Kenema-Man) et d'un domaine Protérozoique (Baoulé-Mossi), respectivement situés à l'Ouest et à l'Est de la faille du Sassandra. Elle offre donc l'opportunité d'une étude de la transition entre l'Archéen et le Paléoprotérozoique. Dans le domaine Archéen, les roches se différencient du manteau entre 3,3 et 3,5 Ga (âge modèle Nd). Les formations granulitiques les plus anciennes sont datées à 3050 ± 10 Ma (âge monozircon). Des zircons hérités dans des paragneiss indiquent un héritage continental, au minimum à 3,2 Ga. Ce domaine est marqué, comme l'ensemble de l'Archéen de la dorsale de Man, par l'événement magmatique et métamorphique majeur qu'est le Libérien (Camil, 1984; Kouarnelan et al., 1994, 1995). La datation des assemblages de minéraux a permis de mettre en évidence un recyclage important des formations archéennes durant l'événement Birimien. Ce recyclage s'effectue dans des conditions de ra assez élevées (700 à 800°C), vu la remise à zéro partielle ou totale des géochronomètres U-Pb et Sm-Nd. Il est essentiellement localisée au Sud de la faille de Man-Danané où prédominent des gneiss migmatitiques à biotite. Une étape pré90ce survient vers 2250 ± 30 Ma. L'influence majeure a lieu vers 2100 ± 40 Ma avec (1) la décompression preSCIu'isotherrne des granulites archéennes de haute pression (850 ± 30°C et 10 ± 1 kbar) vers des conditions de plus basse pression (720°C ± 30 et 7 ± 1 kbar) et (2) la fusion de sédiments pour donner des gneiss migmatitiques à biotite (monazite à 2074 ± 7 Ma). L'âge modèle Nd à 3,2 Ga-et la présence de coeurs hérités dans les zircons montrent l'origine archéenne de ces formations. Ces deux étapes correspondent à l'histoire de l'évolution de la croûte birimienne reconnue dans le domaine Protérozoique (s.l.). Le domaine Protérozoïque de la Côte d'Ivoire est constitué d'ensembles plutonovolcaniques et sédimentaires juvéniles ( Abouchami et al., 1990, Boher et al., 1992). L'histoire précoce de ces ensembles débute vers 2220 ± 8 Ma (âge monozircon). La phase majeure d'accrétion magmatique se situe à 2094 ± 6 Ma (âge monazite) avec la formation de nombreux massifs de leucogranite. Une phase intermédiaire, de migmatisation, à 2150 ± 10 Ma (âge monozircon) semble caractériser le socle granito-gneissique. Le domaine situé entre la faille du Sassandra et la longitude 6°W, que nous dénommons zone de transition, montre des évidences de contamination de croûte archéenne (âge modèle Nd intermédiaire et zircon hérité). Au Sud de ce domaine (domaine SASCA), nous avons mis en évidence l'existence d'un segment de croûte archéen (3,15 Ga), dont les caractères géochimiques indiquent qu'elle a été très peu remobilisée. La décompression isotherme des formations archéennes au Birimien et la contamination des magmas d'âge Birimien par la croûte archéenne permet d'envisager soit un modèle de collision, soit un modèle de rifting. Un modèle de collision ne semble pas correspondre car si une rétrogradation est évidente dans le domaine Archéen, aucune évidence de progradation n'est par contre observée dans la zone de transition. Aussi, J'existence de nappe de chevauchement, dans l'Archéen, est incertaine (Delor et al., 1994). De plus, les linéations minérales observées sur les bordures est et sud-est du massif granulitique de Man indiquent un mouvement en faille normale. Le modèle de rifting semble s'appliquer beaucoup mieux à cette région de la dorsale de Man. A un amincissement d'un continent archéen au Paléoprotérozoique, succède l'océanisation et la formation du domaine Baoulé-Mossi par underplating eVou transpression d'un magma de composition globalement intermédiaire. La présence de la granodiorite de Toulépleu, intrusive en plein domaine archéen à 2100 ± 10 Ma est une manifestation de la fragilisation de l'Archéen.