L'objectif de cette thèse est le contrôle, par un champ magnétique, de la structure interne d'une paroi de domaines. Nous avons sélectionné le cas d'une paroi de<br />Bloch asymétrique, que nous avons étudié dans un système modèle : des plots épitaxiés autoassemblés de Fe(110). Nous avons mis en évidence la possibilité de procéder au retournement accompagné d'un phénomène d'hystérésis magnétique d'un des degrés de liberté internes, le sens des domaines de fermeture de Néel qui terminent la paroi à chaque surface. Ceci a été observé à rémanence après aimantation et de manière statistique par microscopie magnétique XMCD-PEEM, en accord quantitatif avec des simulations micromagnétiques. Des résultats préliminaires de la mise en évidence directe sous champ magnétique ont été obtenus par microscopie de Lorentz. Une étude sous champ et en température a été menée par magnéto-transport sur des plots individuels. Pour ce faire, un procédé de contactage de plots individuels par lithographie électronique a été développé. En complément mais sur le même système expérimental, nous avons étudié comment s'opère la transition entre une paroi magnétique (2D) et un vortex magnétique (0D), que nous avons montré être de second ordre. La transition et les fluctuations stochastiques entre une paroi et un vortex ont été mises en évidence par microscopie de Lorentz.

L'insertion de nombreuses impuretés magnétiques dans des matériaux semiconducteurs massifs permet d'obtenir un comportement ferromagnétique. D'autre part, les boîtes quantiques confinent les porteurs dans les trois dimensions, permettant un contrôle individuel de chacun. Le travail présenté ici concerne l'insertion d'une unique impureté magnétique (Manganèse) dans une seule boîte quantique de semiconducteur II-VI. Cet objet permet l'étude directe, par des moyens expérimentaux relativement simples, de l'interaction entre l'impureté magnétique et un porteur confiné dans la boîte quantique. De manière uniquement optique, le spin de l'impureté peut être contrôlé et détecté. Cela en fait un candidat possible pour réaliser un codage quantique de l'information.<br />La réalisation de ces échantillons, en épitaxie par jets moléculaires, est d'abord détaillée. La ségrégation du Mn au cours de la croissance est utilisée pour réduire la densité d'atomes Mn tout en la contrôlant. Des expériences de micro-spectroscopie optique permettent de valider cette méthode. Ensuite, une étude fine de l'interaction impureté-porteur est réalisée. Les spectres expérimentaux sont analysés à l'aide d'un modèle simple des fonctions d'onde des porteurs dans la boîte. Des valeurs quantitatives de cette interaction sont données en tenant compte de la position de l'impureté dans la boîte ainsi que de sa réduction, induite par le confinement des porteurs. <br />Finalement, les possibilités pour contrôler cette interaction sont présentées: la modification de l'interaction par l'ajout de porteurs dans la boîte quantique, puis une augmentation possible de cette interaction grâce à un meilleur confinement des trous.

Le but de cette thèse est l'étude des propriétés de jonctions tunnel magnétiques à aimantation perpendiculaire, en utilisant l'anisotropie perpendiculaire présente à l'interface entre un métal magnétique et un oxyde. En théorie, dans le cas des applications mémoires, les jonctions tunnel perpendiculaires devraient nécessiter moins d'énergie (courant) pour l'écriture par courant polarisé en spin. Mais la fabrication de telles structures représente un défi et une tâche difficile puisque les propriétés de transport (TMR) et d'anisotropie imposent des contraintes sur les matériaux utilisées en limitant la fenêtre de travail, notamment en ce qui concerne l'épaisseur des couches magnétiques. Pour atteindre cet objectif nous avons tout d'abord étudié les propriétés de ces structures comme l'anisotropie de l'interface métal magnétique-oxyde, le transport tunnel et le couplage entre les couches magnétiques à travers la barrière isolante. L'amplitude de l'anisotropie d'interface entre un métal magnétique et un oxyde dépend de l'épaisseur des couches magnétiques, de la température de recuit et la concentration de l'oxygène à l'interface. Différentes structures ont été réalisées afin de choisir la structure la mieux adaptée pour les applications mémoires MRAM. Une corrélation entre la TMR et l'anisotropie a été observée permettant de valider l'origine de l'anisotropie perpendiculaire : la formation de liaisons métal magnétique-oxygène. Un couplage antiferromagnétique à été aussi observé entre les couches magnétiques à anisotropie perpendiculaire à travers l'oxyde. Une étude détaillée sur le couplage a été faite en fonction de la température de recuit et de l'épaisseur des couches magnétiques pour mieux comprendre l'origine du couplage et une possible relation avec l'amplitude de l'anisotropie perpendiculaire. Finalement des jonctions perpendiculaires ont été nano-lithographiées et des mesures de commutation d'aimantation par transfert de spin sur des piliers nanométriques ont été réalisées avec de faibles courants critiques.

Ce travail se situe dans le cadre général de l'étude des nanostructures obtenues par mécanosynthèse qui font l'objet d'intenses recherches dans le domaine des aimants permanents de nouvelle génération et de l'enregistrement magnétique. L'objectif de l'étude du système Sm-Fe-Mo est de suivre l'effet de la substitut ion partielle du fer par le molybdène ainsi que l'effet de l'insertion d'un élément léger tel que le carbone sur leurs propriétés magnétiques afin d'établir une corrélation entre leur microstructure et leurs propriétés magnétiques. Nous avons montré que la mise en solution du molybdène est bien possible. La phase 2/17 ainsi obtenue possède une température de Curie (Tc) égale à 434K. Avec le taux de substitution croissant, on découvre un changement de phase vers une phase monoclinique 3/29 du type Nd3(Fe,Ti)29 de Tc égale à 459K, puis vers une structure quadratique (1/12 de Tc=551K). Ces phases d'équilibre, obtenues à haute température de recuit, dérivent toutes de la structure CaCu5. Elles correspondent à la substitution ordonnée des atomes de Sm par des haltères de Fe. A plus basse température de recuit, on découvre l'apparition de nouvelles phases, ne figurant pas dans les diagrammes d'équilibre. Nous avons déterminé les stchiométries respectives de ces phases par analyse des diagrammes de diffraction des RX par la technique de Rietveld. Ces phases hexagonales possèdent des propriétés magnétiques plus intéressantes que les phases d'équilibre. L'insertion du carbone change drastiquement les propriétés magnétiques des différentes phases / One important family among the hard magnetic rare-earth-transition-metal is derived from Sm-Fe-Mo CaCu5-type structure. The aim of the study of the system Sm-Fe-Mo is to follow the effect of partial substitution of Fe by Mo and the effect of the insertion of a light element such as carbon on their magnetic properties in order to correlate their microstructure and their magnetic properties.The ordered substitution of Sm atom by a dumbbell pair Fe-Fe leads to the equilibrium phases 2/17, 3/29 and 1/12 structure. With Mo content increase, a phase transformation is observed. The Curie temperatures of these phases are respectively 434, 459 and 551K. New phases are discovered to appear at lower annealing temperatures. Owing to Rietveld refinement, these phases crystallize in the P6/mmm structure. Carbon insertion improves drastically magnetic properties. The carbides of the new out of equilibrium phases are particularly promising for permanent magnet applications

Avec l’avènement des nouvelles générations d’avions civils et militaires, la démarche d’électrification des fonctions de commande de vol est aujourd’hui pleinement engagée, depuis les interfaces homme-machine jusqu’aux actionneurs de puissance. En vue de s’affranchir définitivement des inconvénients propres à l’utilisation de l’énergie hydraulique, l’utilisation d’actionneurs purement électromécaniques (EMA) constitue en toute logique une étape clef des évolutions technologiques à venir. Ce projet de recherche a pour objectif de développer l'une des briques technologiques majeures du système d’actionnement - le moteur électrique - pour pouvoir effectuer demain le saut technologique vers l'avion plus électrique, qui est l'électrification complète des systèmes d'actionnement des commandes de vol. Une première partie permet de se familiariser avec le domaine des actionneurs électromécaniques destinés aux applications aéronautiques et plus particulièrement aux commandes de vols. Après avoir rappelé le rôle et les évolutions qu’ont connues les commandes de vol durant la dernière décennie, les technologies hydrauliques et électriques usuelles sont présentées. L’environnement sévère associé au domaine aéronautique implique des contraintes de sûreté de fonctionnement qui sont alors définies plus précisément au niveau des systèmes électromécaniques. Une analyse des défauts électriques susceptibles de se produire au sein des actionneurs électromagnétiques est dans un dernier temps effectuée. Une seconde partie se focalise sur la définition de critères de dimensionnement des actionneurs électromagnétiques qui lui permettent de supporter les défauts électriques précédemment mis en avant. Profitant de l’émergence de matériaux magnétiques composites qui facilitent la définition de pièces magnétiques compressées à structure géométrique complexe, un concept d’actionneur à aimants permanents et stator modulaire est défini et baptisé Aximag. Une troisième partie se concentre sur la réalisation d’un démonstrateur qui réponde à un cahier des charges du type commande de vol. Une étude analytique est réalisée dans le but d’observer les axes de dimensionnement et les possibilités de la machine Aximag. Enfin dans une quatrième et dernière partie sont présentés et analysés les simulations numériques ainsi que les essais de caractérisation des démonstrateurs. Au travers du couple statique, du couple dynamique et aussi de paramètres électriques comme les inductances propres et mutuelles, les démonstrateurs sont étudiés. Une analyse critique de la technologie proposée ainsi que les perspectives d’évolution viennent alors conclure l’ensemble des travaux réalisés. / With the rise up of new civil and military aircraft generations, an electrification process concerning the flight control systems, from the human machine interface to the actuation power, has been engaged. In order to finally suppress faults linked to the hydraulic power use, the development of full electromechanical actuators (EMA) is a critical step concerning next technological evolutions. The purpose of this research project is the development of a major technological element of actuation systems, the electrical motor, in order to enable tomorrow, the technological gap leading to a more electrical aircraft, that is to say the complete electrification of flight control actuation systems. A first part presents generals concerning the electromechanical actuators dedicated to aircraft applications and especially to flying control systems. Once the aim and evolutions that flight control systems have known during the last decade has been reminded, the hydraulic and electric technologies are presented. The drastic environment combined to aircraft field leads to safety and security requirements that are more precisely defined around electromechanical systems. A last step analises electrical faults that can occur within electromagnetic actuators. A second part focuses on the definition of sizing criteria that will enable the actuator to support the previous electrical faults pointed out. With the mergence of magnetic composite materials that make easier the definition of sintered magnetic pieces with complex geometry, a permanent magnet actuator with modular stator has been defined and named Aximag. A third part deals with the realisation of demonstrators that answer specifications associated to a flight control actuation systems. The different parts of the fabrication process are presented. An analytical study is leaded in order to point out the axes for the design and the possibilities of the machine Aximag. Finally, in a fourth and last part numerical analysis and characterisation tests of demonstrators are presented and analysed. Through the static torque, the dynamic torque and electrical parameters like self inductance and mutual inductance, demonstrators are studied. A critical analysis of the proposed technology and the perspectives come to conclude this work.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Ce travail s'inscrit dans le cadre général de l'étude structurale et magnétique de nanomatériaux magnétiques à base de terres rares (R) et de métaux de transition (T) dont le domaine d'application concerne les aimants permanents ou l'enregistrement magnétique à haute densité. Dans la recherche de nouvelles phases aux caractéristiques magnétiques performantes, nous nous sommes intéressés à l'alliage Pr2Co7 . Ce composé a des propriétés magnétiques dures intéressantes : température de Curie élevée et une anisotropie magnéto-cristalline uniaxiale importante. Du point de vue magnétique, les interactions d'échange Co-Co sont les plus fortes, suivies par les interactions R-Co, tandis que les interactions R-R sont très faibles. La dominance des interactions Co-Co induit des températures de Curie assez élevée dans les composés Pr2Co7 . L'anisotropie magnétocristalline résulte de la combinaison de deux anisotropies uniaxiales des réseaux de praséodyme et de cobalt. Afin de renforcer ces interactions, il s'avère nécessaire de substituer partiellement le cobalt dans les composés Pr2Co7 par un élément approprié tel que le fer qui a un rayon légèrement plus gros que celui du cobalt ou par insertion d'un élément léger tel qu’hydrogène ou le carbone qui peuvent augmenter les distances interatomiques et renforcer le moment magnétique. De plus, parallèlement à des propriétés magnétiques intrinsèques performantes, il est nécessaire d'optimiser les propriétés magnétiques extrinsèques de l'alliage par la recherche d'un état nonocristallin convenable correspondant aux applications potentielles. Les propriétés extrinsèques des composés Pr2Co7 n'ont été que très peu étudiées. Plusieurs méthodes ont été utilisées pour l'élaboration des nanomatériaux. Dans notre étude, nous avons mis en œuvre la technique de broyage à haute énergie suivie d'une recristallisation contrôlée, méthode de synthèse qui jusque-là n'avait pas encore été utilisée pour synthétiser ce type de composé. À cette échelle, la taille des grains devient de l'ordre de grandeur de la longueur d'échange. Cette méthode qui constitue un processus de synthèse hors équilibre, permet l'obtention de poudres nanostructurées métastables à partir d'un mélange de poudres élémentaires. Cette technique est particulièrement efficace dans le cas des alliages à base de terre rares (Pr, Sm...) qui sont extrêmement volatil. En effet, elle permet d'éviter l'état liquide puisque la réaction a lieu en dessous de la température de fusion et conduit à des quantités importantes reproductibles et homogènes d'alliages. Nous avons utilisé différentes méthodes de caractérisation à savoir : la diffraction de rayon X (DRX), la microscopie électronique à transmission (MET) couplée avec l'analyse EDX,la Magnéto/susceptométre Manics DSM-8 / This work falls within the general framework of the structural and magnetic nanomaterials based magnetic rare earth (R) and transition metal (T) whose domain of application concerns the permanent magnets or magnetic recording high density. In search of new magnetic phases in performance characteristics, we were interested in the alloy Pr2Co7. This compound has interesting hard magnetic properties: high Curie temperature and uniaxial magnetocrystalline anisotropy important. From the perspective of magnetic exchange interactions Co-Co are the strongest, followed by R-Co interaction, while the RR interactions are very weak. The dominance of Co-Co interactions induces relatively high Curie temperatures in compounds Pr2Co7.The magnetocrystalline anisotropy results from the combination of two networks uniaxial anisotropy praseodymium and cobalt. To strengthen these interactions, it is necessary to partially substitute cobalt in compounds Pr2Co7 by an appropriate element such as iron which has a radius slightly larger than that of cobalt or by insertion of a light element the hydrogen and carbon that can increase the interatomic distances and enhance the magnetic moment. Moreover, along with intrinsic magnetic properties improves, it is necessary to optimize the extrinsic magnetic properties of the alloy by the search for a suitable nanocrystalline state corresponding to the potential applications. The extrinsic properties of compounds Pr2Co7 have been little studied.Several methods were used for the development of nanomaterials. In our study, we have W arranty the technique of high energy milling followed by recrystallization controlled synthesis method which until then had not yet been used to synthesize this type of compound. At this scale, the grain size becomes of the order of magnitude of the exchange length. This method which is a non-equilibrium synthesis process, allows the production of nanostructured powders metastable from a mixture of elemental powders. This technique is particularly effective in the case of alloys based on rare earth (Pr, Sm ...) that are extremely volatile. Indeed, it avoids the liquid state since the reaction takes place below the melting temperature and led to reproducible and large quantities of homogeneous alloys. We used different characterization methods, namely: the X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) coupled with EDX analysis, the magneto / susceptometer Manics DSM-8

Ce travail concerne l’étude et la réalisation de dispositifs hyperfréquences coplanaires de type composite main droite/gauche (CRLH). Dans la première partie du mémoire, l’état de l’art des structures CRLH et leur aspect théorique sont présentés. La deuxième partie concerne la modélisation circuit et la conception de la cellule CRLH de base. Un modèle circuit a été développé à partir des modèles existants. Un résonateur d’ordre zéro (ZOR en anglais) à couplage capacitif a été fabriqué et les résultats expérimentaux nous ont permis de valider le modèle théorique. Une réduction de 80% de la taille du résonateur a été observée par rapport au résonateur demi-longueur d’onde à la même fréquence du travail. Une ligne de transmission à deux bandes de propagation a été réalisée par la mise en cascade de cinq cellules CRLH de base. La troisième partie est vouée à l’utilisation des couches magnétiques dans les structures CRLH pour réaliser des dispositifs hyperfréquences accordables. L’agilité en fréquence du ZOR a été confirmée expérimentalement. Nous avons aussi proposé un modèle théorique simple de la cellule CRLH réalisée sur un substrat de YIG. Les résultats expérimentaux de la ligne CRLH à ferrite et pour différentes valeurs du champ magnétique appliqué sont présentés et comparés au modèle théorique et aux simulations 3D / This work deals with the study and the fabrication of microwave devices based on the Coplanar Composite Right/Left Handed (CPW CRLH) structures. In the first part, we introduce the CRLH theory. In the second part, circuit modelization and the design of the CPW CRLH unit cell are presented. A coplanar zeroth-order resonator has been numerically studied, realized and verified experimentally. The resonator we have proposed allows a reduction of 80% of its size compared to the conventional half-wave length resonator at 6GHz. Based on the unit cell, a CRLH TL with five elementary cells has been realized. The third part is devoted to the use of magnetic layers in CRLH structures to realise tunable microwave devices. The frequency agility of the ZOR was experimentally confirmed. We also developed a theoretical model of the CRLH unit cell with a YIG substrate. The experimental results of the CRLH line with ferrite and for different values of applied magnetic field are presented and compared with the theoretical model and 3D simulations

Ce travail de thèse s’inscrit dans un projet plus large qui vise à développer avec le laboratoire Ampère et l’Etablissement Français du Sang un microsystème capable de réaliser un phénotypage plaquettaire pour le diagnostic de la thrombopénie néonatale. Ce microsystème doit permettre d’isoler les plaquettes du sang total et de détecter les antigènes plaquettaires présents à leur surface. L’isolation des plaquettes se fera grâce à un module de magnétophorèse et un module de diélectrophorèse. La détection sera électrochimique. Le cœur de ce travail de thèse a donc consisté à développer des nanoparticules magnétiques pour le module de magnétophorèse. Ces nanoparticules doivent permettre la capture spécifique des plaquettes et servir de marqueur pour la détection électrochimique. Pour ce faire, des nanoparticules magnétiques ont donc été doublement fonctionnalisées en une seule étape avec un anticorps anti-CD32 dirigé contre l’antigène CD32 présent à la surface des plaquettes et avec une molécule électroactive. Après optimisation des différents paramètres de greffage, les propriétés électrochimiques de ces particules ont été caractérisées. Leurs propriétés de bioreconnaissance ont été testées sur l’antigène purifié puis sur plaquettes entières. Enfin la faisabilité de la manipulation des structures nanoparticules/plaquettes par magnétophorèse avec des micro-aimants a été démontrée. / Fetal/neonatal alloimmune thrombocytopenia (F/NAIT) represents a great threat to new-borns or fetus. It occurs when a woman becomes alloimmunized against fetal platelet antigens. With the aim to improve fetal and neonatal survival, in collaboration with Ampere Laboratory and Etablissement Français du Sang, we plan at developing a Point-of-Care (POC) platform for platelet phenotyping. The final POC microsystem will be able to perform magnetophoresis and dielectrophoresis for platelets isolation from whole blood, and their selective electrochemical detection allowing for their phenotyping. The development of nanoparticles (NPs) with magnetic, electrochemical and bio-selection properties is a key issue. Herein, we have focused on the elaboration of magnetic NPs bearing 1) anti-CD32 antibody for specific interaction with CD32 antigen, which is present at the surface of platelets and 2) ferrocene carboxylic acid, an electroactive molecule for detection. To achieve this, the coupling reactions of this electroactive molecule and this antibody were optimized and a one-pot reaction for double functionalization was developed. The bioactivity of the immobilized antibody was tested at the molecular and cellular level. The dual-functionalized NPs voltammetric signals were also investigated. Finally the feasibility of platelets capture and actuation by magnetophoresis with micro-magnet array were demonstrated.

Le rôle de l'environnement dans l'étiologie des leucémies aigües de l’enfant (LA) fait aujourd'hui l'objet de recherches intenses. Dans ce contexte, le présent travail a pour objectif d’étudier la relation entre l’incidence de LA et la proximité des centrales nucléaires de production d’électricité (CNPE) et des lignes à haute tension (LHT). Avant cette analyse fine, un premier travail a consisté à étudier les variations départementales de l'incidence de LA.Les cas inclus dans ces études sont toutes les LA du Registre National des Hémopathies malignes de l’Enfant sur la période étudiée : 1990-2004 pour l’étude de l’incidence départementale et 2002-2007 pour les études de l’association avec les facteurs d’exposition environnementale. Dans l’approche cas-témoins principalement utilisée pour ces dernières, les 30 000 sujets témoins constitue un échantillon représentatif de la population pédiatrique française sur la période d’’intérêt. D’autre part, la géolocalisation des adresses des sujets et des sources d'exposition permet de définir des critères de proximité en relation avec la probabilité et/ou l'intensité d'exposition aux facteurs d'intérêt. • L’étude des LA par département n’a pas mis en évidence de tendance ni de structure spatiale dans l’incidence à ce niveau géographique : que ce soit globalement, par classe d’âge, par sexe ou par sous-type de leucémie. • Sur la période 2002-2007 contrairement aux périodes précédentes, un quasi-doublement de l’incidence des LA à moins de 5 km des CNPE a été mis en évidence, avec une approche cas-témoin comme avec l’étude d’incidence. Ce résultat n’était pas spécifique d’une CNPE ou d’un type de CNPE et non lié à la cartographie des émissions aériennes de radioactivité par les CNPE. • L’association trouvée entre l’incidence de LA et la proximité aux LHT de plus de 225 kV (<50 m) semble restreinte aux enfants de moins de 5 ans ou n’habitant en milieu urbain ; aucune association n’a été trouvée avec la proximité aux LHT de moins de 150 kV. / The role of the environment in the etiology of childhood acute leukemia (AL) is currently investigated. In this context, the aim of the present work is to study the association between the incidence of AL and the proximity no nuclear power plants (NPP) and to high voltage overhead power lines (HV OLs). At first, the geographical variations of AL have been studied at the Département level.The cases included in the studies are all cases of AL of the French National Registry of Childhood Haemopatopoietic Malignancies on the studied periods: 1990-2004 for the study of incidence on Départements and 2002-2007 for the studies of association between incidence of AL and environmental exposure factors. Concerning those latter studies, a case-control approach has been used. The control sample, representative of the French pediatric population, contains 30,000 subjects and has been drawn by the INSEE. The precise localization of addresses of subjects and of exposure sources in relation with the type of sources is essential to build indicators of exposure reflecting the probability and intensity of exposure. • The study of AL by Département has highlighted neither trend nor spatial structure in the incidence at this geographical level globally as well as by age, gender and subtype of leukemia.• On 2002-2007, on the contrary of on previous periods, the incidence of AL at less than 5 km from a NPP was nearly twice higher than expected, with the case-control study as well as with the incidence approach. This result was not specific to any age group, NPP, a type of NPP and was not associated with the geographic zoning of gaseous discharges of NPPs. • The study of the proximity to HV OLs highlighted an association between the incidence of AL and the close proximity (< 50 m) of lines of more than 225 kV, association which was restricted to children of less than 5 y.o. or living in non-urban areas; but not with the proximity to lines of less than 150 kV.