Le présent travail se concentre sur l'étude des niveaux d'énergie et des processus de recombinaison de complexes excitoniques larges - jusqu'à quatre paires électron-trou - considérés au niveau d'une boîte quantique unique remplie optiquement. Les boîtes étudiées dans ces expériences, formées à partir d'une matrice de Ga(Al)As, représentent un système à zéro dimension avec un confinement relativement fort et peuvent en effet avoir plusieurs couches électroniques s, p, comme dans le cas d'atomes. Les boîtes peuvent être facilement sélectionnées à l'état individuel du fait de la très faible densité de surface des structures considérées. Les techniques expérimentales utilisée dans ce travail comprennent : les méthodes de spectroscopie sur boîtes uniques, la détection optique résolue en polarisation, l'utilisation de champs magnétiques intenses et des mesures de corrélation de photons. En ce qui concerne les expériences de photoluminescence, nous avons distingué les excitations en dessous de la barrière de celles se produisant en dessus. Finalement, des expériences de spectroscopie d'excitation de la photoluminescence ont aussi été réalisées en champ magnétique.En fonction des conditions d'excitation, les boîtes étudiées présentent une multitude de raies relativement étroites, chaque boîte révélant un schéma caractéristique de raies groupées en amas distincts, similaires à une série de couches électroniques pour un atome. La présente étude s'est concentrée sur l'intervalle spectral correspondant aux couches électroniques s et p. L'identification des raies spectrales s'est principalement basé sur les résultats obtenus lors d'observations résolues en polarisation ou bien lors de mesures de corrélation de photons. Ces expériences révèlent trois familles distinctes de raies d'émission, chacune étant respectivement reliée à un complexe électron-trou (excitonique) neutre, chargé positivement, ou bien négativement. Une attention particulière a été portée aux raies d'émission observées dans une cascade en quatre étapes partant d'un complexe à quatre excitons, jusqu'au niveau de la recombinaison d'un exciton neutre, ainsi que celles observées dans une cascade en deux étapes partant d'un bi-exciton chargé positivement, jusqu'à la recombinaison d'un état singulet ou triplet d'un exciton chargé positivement. La structure fine induite par les interactions d'échange - et préalablement observée lors des mesures résolues en polarisation à champ magnétique nul - a été étudiée pour différentes raies d'émission. L'évolution de ce dédoublement de raies a été examiné en fonction du champ magnétique. Les résultats sont interprétés en terme d'anisotropie de forme des boîtes et d'une interaction avec les effets spin-orbite, caractéristiques des différents processus de recombinaison. Une partie importante de ce travail a été dévolue à la comparaison entre le spectre d'émission mesuré pour des puissances d'excitations relativement importantes avec les spectres d'excitation de la photoluminescence. De telles expériences ont aussi été conduites sous champ magnétique. Comme attendu, les spectres d'émission des complexes excitoniques d'ordres élevés sont particulièrement affectés par les interactions coulombiennes entre porteurs, et sont par conséquent très différents des spectres d'excitation de la photoluminescence (quasi-absorption) des excitons neutre et chargés. Deux types d'évolution en champ magnétique de raies d'absorption observées (résonance) - reliées aux couches s et p - ont été mesurés. Les résonances de type s sont attribuées à la transition entre un niveau excité de trou de la bande de valence et l'état fondamental de la couche s dans la bande de conduction. Une raie d'émission, observée dans le groupement de la couche p, coïncide cependant avec la raie d'absorption. Nous concluons que cette résonance vient d'un état excitonique excité qui se recombine de manière radiative dû à un blocage efficace de sa relaxation vers l'état fondamental. / The studies of energy levels and of recombination processes of single quantum dots, optically filled with up to four electron-hole pairs are the subject of this work. The dots used in the present experiments, formed out of the Ga(Al)As matrix, represent relatively strongly confined zero-dimensional systems, and display several, atomic-like s-, p-,. . . shells. Single dots can be easily selected in our structures as they exhibit an extremely low surface density. Experimental techniques applied in this work include the methods of single dot spectroscopy, polarization resolved techniques, application of magnetic fields and photon correlation measurements. Distinct, below- and above-dot-barrier laser excitation has been used for photoluminescence experiments. Importantly, the photoluminescence excitations experiments (in magnetic fields) have been carried out, as well.Depending on excitation conditions (power and wavelength of laser), the investigated dots show a multitude of relatively sharp lines, each dot displaying the same, characteristic pattern of lines, grouped into distinct clusters corresponding to subsequent atomic-like shells. Spectral range covering the s- and p-shells region has been explored in the present studies. The assignment of spectral lines has been at large provided by the results of polarization resolved micro-photoluminescence and photon correlation experiments. Those experiments depict three distinct families of emission lines, each related to recombination of, correspondingly, neutral, positively charged and negatively charged electron-hole (excitonic) complexes. The emission lines observed within a four step cascade of a neutral quadexciton down to the recombination of a neutral exciton and two step cascades of positively charged biexcitons down to the recombination of a singlet and triplet state of positively charged excitons have been studied in details. The fine structure, induced by exchange interactions and preliminarily seen in (linear) polarization resolved emission experiment at zero magnetic field, has been studied for various emission lines (related to s- and p- shells). The evolution of this splitting has been then investigated as a function of the magnetic field. The results are interpreted in terms of the shape anisotropy of dots and an interplay between spin- and orbital-mediated effects, characteristic of different recombination processes. A significant portion of this work has aimed to compare the emission spectra measured at a relatively high excitation power (which include the recombination processes of up to quadexciton complexes) with photoluminescence excitation spectra (which probe the excited states of a single exciton). Such experiments have been also carried out as a function of the magnetic field. As expected the emission spectra of high order excitonic complexes are indeed greatly affected by Coulomb interactions between carriers and in consequence are in general very different from the photoluminescence excitation spectra (quasi absorption) of a neutral and charged exciton. Two types of the magnetic field evolution of detected absorption lines (resonant peaks), the s- and p-shell related, have been measured. The s-shell like resonant peaks were attributed to the transition between the excited hole levels in the valence band and the ground s-shell level in the conduction band. Nevertheless, there exists an emission line which is observed within the p-shell cluster, and which coincides with the absorption line. That "coinciding resonance" is concluded to be an excited excitonic state which recombines radiatively due to efficient blocking of its relaxation towards the ground state.

Cette thèse porte sur l 'étude et le contrôle des caractéristiques de transition de phase dans les films magnétiques. Dans le cas des films pulvérisés par magnétron à base de FeRh, on a étudié l'influence de la composition et de la souche. La caractérisation magnétique, structurale et électrique a été effectuée en fonction de la position sur des films de composition graduelle. L'ajout d'un troisième élément (Pt ou Ni) a été utilisé pour décaler la température de transition. Nous avons établi qu'un changement dans les propriétés optiques se produit dans les films à base de FeRh en passant de l'état FM à l'état AFM. En étudiant la position dépendant de la température de la transition optique, nous avons pu construire un diagramme de phase du système Fe-Rh-Pt. Un tel diagramme de phase détaillé, basé sur une variation continue de composition, met en évidence une stabilité accrue (température de transition plus élevée) de la phase AFM pour une composition spécifique proche de celle équiatomique. Le contrôle de la souche du changement de phase dans les hétérostructures PMN-PT / FeRh a été étudié par des mesures de transport à l'aide des mises au point développées dans cette thèse. La température de transition pourrait être décalée de 22 K jusqu'à l'application d'un champ électrique faible (10 V ~ 0,32 kV / cm). Le changement de résistance induit par la déformation est important, ce qui est intéressant pour les applications. L'état AFM est stabilisé dans les films contraints. Le caractère anisotrope de la souche piézoélectrique joue un rôle important par rapport au changement de volume isotrope. Nous avons réussi à préparer des films de La (Fe, Si) 13 pour la première fois. Bien que les films optimaux présentent des valeurs de température de Curie, de constante de réseau, de variation d'entropie isotherme induite par le champ et d'aimantation spontanée comparables aux valeurs rapportées pour un matériau en vrac de composition similaire, elles présentent également des caractéristiques inhabituelles, c'est-à-dire des courbes M-T irréversibles et une hystérésis thermique inverse. L'élucidation de l'origine de ces effets nécessite une enquête plus approfondie / This thesis deals with the study and control of phase transition characteristics in magnetic films. In the case of FeRh-based magnetron sputtered films, the influence of both composition and strain were studied. Magnetic, structural and electrical characterization was made as a function of position on compositionally graded films. Addition of a third element (Pt or Ni) was used to shift the transition temperature. We established that a change in optical properties occurs in FeRh-based films on passing from the FM to AFM state. By studying the temperature dependent position of the optical transition, we were able to construct a phase diagram of the Fe-Rh-Pt system. Such a detailed phase diagram based on a continuous variation of composition, evidences an enhanced stability (higher transition temperature) of the AFM phase for a specific composition close to the equiatomic one. Strain control of the phase change in PMN-PT/FeRh heterostructures was investigated through transport measurements using set-ups developed in this thesis. The transition temperature could be shifted by up to 22 K upon application of a low electric field (10 V ~ 0.32 kV/cm). The strain-induced resistance change is large, which is attractive for applications. The AFM state is stabilized in strained films. The anisotropic character of the piezo-electric strain plays a significant role compared to the isotropic volume change. We succeeded in preparing films of La(Fe,Si)13 for the first time. While the optimal films show values of Curie temperature, lattice constant, field-induced isothermal entropy change and spontaneous magnetization comparable with values reported for bulk material of similar composition, they also display unusual features, i.e. irreversible M-T curves and an inverse thermal hysteresis. Elucidation of the origin of these effects requires further investigation.

Cette thèse de doctorat présente les résultats d'une étude expérimentale des composés à transition de spin pour le dépôt de surface. Nous nous sommes concentrés sur Fe(II) systèmes avec la configuration de d6 et leur comportement bistable ST. Dans une symétrie octaédrique le configuration d6 peut adopter deux états fondamentaux électronique différentes selon l'occupation des orbitales d scindé en exemple eg et t2g sous-ensembles. Si la différence d'énergie entre deux états est petite, alors tourner transition peut être induite par un stimulus externe. En fait, les complexes adoptent l'état haut spin ou l'état bas spin en raison de la différence d'énergie entre les orbitales (eg, t2g) et de l'énergie de répulsion interélectronique. Nous avons synthétisé et caractérisé de nouveaux ligands tridentates organiques, qui ont été utilisés comme précurseurs pour les nouveaux Fe(II) composés de coordination. Nous avons préparé des complexes Fe(II) avec et sans contre-anions. / This doctoral thesis presents the results of an experimental study of the spin transition compounds for surface deposition. We have focused on Fe(II) systems with d6 configuration and their bistable ST behaviour. In an octahedral symmetry the d6 configuration can adopt two different electronic ground states according to the occupation of the d orbitals split into the eg and t2g subsets. If the energy difference between two states is small then the spin transition can be induced by an external stimulus. In fact, the complexes adopt the high-spin state or the low-spin state by reason of energy difference between orbitals and interelectronic repulsion energy. Nine novel tridentate ligands have been synthesized and characterized; they were used as precursors for new Fe(II) coordination compounds. The SQUID magnetometry was used in studying magnetic properties of prepared complexes and the XAS technique was also applied to study magnetic properties of a neutral complex on an adhesive graphite tape.

Cette thèse présente le développement de nanoparticules hybrides avec un coeur inorganique et une couronne organique pour des applications médicales. Des nanoparticules d’oxyde de fer ont été obtenues par synthèse polyol, en contrôlant leurs cristallinités, leurs morphologies (monocoeur ou multicoeur) et leurs tailles (de 4 à 37 nm). Leurs propriétés ont été évaluées et comparées pour de possibles applications théranostiques : en thérapie pour le traitement du cancer par hyperthermie magnétique, pour le diagnostic en tant qu’agents de contraste pour l’IRM. Les surfaces des nanoparticules ont été modifiées par greffage de polymères/polypeptides pour apporter de la stabilité en milieux biologiques et de nouvelles fonctionnalités. Le poly(éthylène glycol) (PEG) a été greffé pour ses propriétés de furtivité, le poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate) (PDMAEMA) et des polypeptides dérivés de l’élastine (ELPs) pour leurs propriétés thermosensibles, et la sonde fluorescente DY700 pour permettre le suivi des nanoparticules in vitro et in vivo. Les propriétés magnétiques et thermosensibles de ces nanoparticules coeur-couronne ont été étudiées avec un instrument unique combinant l’hyperthermie magnétique et un système de diffusion dynamique de la lumière. Ainsi, les variations de température, de diamètre et d’intensité diffusée ont pu être mesurées simultanément. Les propriétés de nanoparticules monocoeur et multicoeur greffées avec du PEG, et des nanoparticules monocoeur greffées avec un ELP contenant un peptide pénétrant ont d’abord été évaluées in vitro. Leurs internalisations dans des cellules de tumeur cérébrale humaine (glioblastome) ont permis d’étudier leurs cytotoxicités après traitement par hyperthermie magnétique, et ont montré une baisse de viabilité cellulaire jusqu’à 90 %. In vivo, l’injection intraveineuse de ces nanoparticules dans des souris a abouti à une accumulation dans les tumeurs. L’injection intratumorale suivie du traitement par hyperthermie magnétique a conduit à des élévations de température locales d’environ 10 °C, avec un effet significatif sur l’activité des tumeurs. / This thesis reports the development of hybrid nanoparticles made of an inorganic iron oxide core and an organic shell for medical applications. Iron oxide nanoparticles (IONPs) were produced by the polyol pathway, leading to a good control over their crystallinity and morphology (monocore or multicore). IONPs with diameters in the range of 4 to 37 nm were produced. Their properties as MRI contrast agents were assessed and compared, for possible theranostic applications. They can be used for treating cancer by magnetic hyperthermia, and as contrast agents for MR imaging. The surface of the IONPs was modified to bring stability in biological conditions, as well as new functionalities. Poly(ethylene glycol) was grafted for its stealth property, poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate) (PDMAEMA) and elastin-like polypeptides (ELPs) for their thermosensitive capabilities, and a DY700 fluorescent probe was grafted for tracking nanoparticles in vitro and in vivo. The magnetic and thermosensitive properties of the nanoparticles were studied using a unique set-up combining magnetic hyperthermia with dynamic-light scattering. This set-up allowed measuring the elevations of temperature of the samples as well as variations in diameter and backscattered intensity. Monocore and multicore IONPs grafted with PEG, and monore IONPs grafted with a diblock ELP were tested in vitro. Their interactions with glioblastoma cells were studied, from the internalization pathway inside the cells to their cytotoxic effect (up to 90 %) under magnetic hyperthermia. In vivo, nanoparticles intravenously injected in mice accumulated in the tumors. Intratumoral administration followed by magnetic hyperthermia treatment led to elevations of temperature of up to 10 °C, with a significant effect on the tumor activity.

Dans cette thèse nous étudions théoriquement et numériquement les solitons magnétiques et leurs transitions topologiques. Dans une première partie, nous trouvons une solution en 3 dimensions appelée Point de Bloch qui vient de la minimisation de l'énergie d'échange, de l'énergie de Landau et de l'énergie dipolaire. Les oscillations autour du point de Bloch sont trouvées et quantifiées pour étudier le rôle des fluctuations quantiques dans sa stabilité.Dans une deuxième partie, nous regardons l'évolution d'un système ferromagnétique avec des textures de topologie non-triviale, couplé à des électrons itinérants qui interagissent avec la texture au moyen de leurs spins. Ce système physique est modelé avec l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert couplée à l'équation de Schrödinger des électrons quantiques. Des transitions topologiques sont observées et mises dans un cadre général. De la grande quantité des transitions topologiques observées, nous distinguons les différents rôles que jouent les électrons selon le régime et l'ensemble de paramètres. Les ordres de grandeur temporels et spatiales des transitions topologiques montrent l'importance des effets quantiques ainsi que des effets de discrétisation du problème. / In this thesis we study the magnetic solitons and its topological transitions, both theoretically and numerically. In the first part, we find a particular configuration of what is denominated the Bloch Point, a three-dimensional solution of the Free Energy minimization with exchange, Landau and dipolar terms. Oscillations around the Bloch point are found and quantized in order to understand the role of quantum fluctuations over its stability.In the second part, we look at the evolution of a system coupling ferromagnetic textures with nontrivial topology, with itinerant electrons. The interaction between the magnetic texture and the electrons is understood by means of spin-torque phenomena. This physical system is modeled with the equation Landau-Lifshitz-Gilbert equation coupled with Schrödinger equation for quantum electrons. Topological transitions are observed and understood in a general framework that unifies older works done in a more classical context. Among the large amount of topological transitions observed, we can distinguish the different roles played by electrons depending on parameters. The orders of magnitude of time and space in the topological transition events show the importance of quantum effects as well as the fundamental role of discretization.

Dans cette thèse on s'interesse à l'étude de phénomènes d'accumultation spectrale de certains opérateurs issus de la physique quantique à savoir les opérateurs de Schrödinger, de Pauli, et de Dirac. Typiquement, ces opérateurs apparaissent dans la modélisation de certains problèmes de physique sous forme d'équations d'évolution. Selon les contraintes du problème physique, ils peuvent être associés ou non à un champ magnétique pouvant être constant ou non constant. Le cadre où le champ magnétique est dit admissible est celui que nous allons considérer (en dimension 3). Ce dernier cadre inclut en particulier le cas de champs magnétiques constants. Deux grands thèmes sont essentiellement abordés dans cette thèse : l'étude des résonances près de seuils des Hamiltoniens quantiques cités ci-dessus lorsqu'ils sont perturbés par des potentiels électriques auto-adjoints, et l'étude de leur spectre discret lorsqu'ils sont perturbés par des potentiels électriques non auto-adjoints. Le second thème sera exploré au moyent d'inégalités Lieb-Thirring généralisés. / In this thesis we are interested to the study of spectral accumulation phenomena of some opeators coming from quantum physics, namely Schrödinger, Paul and Dirac operators. Typically, these operators appear in the modeling of some physical problems in the form of evolution equations. According to the constraints of the physical problem, they can be associated or not to a constant or non constant magnetic field. The contextt where the magnetic field is admissible is that we shall consider (in dimention 3). This framework includes in particular the case of constant magnetic fields. Essentieally, two main themes are discussed in this thesis : the study of resonances near thescholds of the quantum Hamiltonians mentioned above perturbed by self-adjoint potentials, and the study of their discrete spectrum when thy are perturbed by non self-adjoint potentials. The second theme will be investigated with the help of generalized Lieb-Thirring inequalities.

De nos jours, la modélisation numérique constitue un outil indispensable pour le prototypage de convertisseurs électromagnétiques. Les matériaux magnétiques jouent un rôle essentiel dans la conversion de l’énergie, il est donc nécessaire de maîtriser leur comportement et leur représentation. L’objectif de ce travail s’inscrit dans ce cadre et s’attache à élaborer des lois réalistes de comportement de matériaux afin de les inclure dans des simulateurs de circuits. Concernant le comportement statique, le modèle de Jiles-Atherton a été implémenté puis adapté, simplifié et modifié afin d’en améliorer la précision et l’implémentation. La modélisation dynamique du matériau a été effectuée grâce au modèle DWM élaboré au laboratoire Ampère. Ce modèle intègre les effets dynamiques excédentaires grâce à une loi « dynamique de matériau » implémentée au sein de l’équation de diffusion magnétique. Ce modèle a été ensuite homogénéisé afin d’en améliorer son implémentation future dans un simulateur de circuit. Chacun des différents modèles a été testé et validé sur plusieurs échantillons. / Nowadays, numerical modeling is an indispensable tool for the prototyping of electromagnetic converters. Magnetic materials play an essential role into the energy conversion so it is necessary to control their behavior as well as their modeling. The objective of this work is to develop realistic laws of material behavior for circuit simulators use. Regarding the static behavior, the Jiles-Atherton model has been implemented and adapted, simplified and modified to improve accuracy and implementation. Dynamic modeling of the material was performed using the model DWM developed into the Ampere laboratory. This model incorporates the excedentary dynamic effects thanks to a "dynamical material law" implemented into the magnetic diffusion equation. Then this model was homogenized to improve its future implementation in a circuit simulator. Each of the different models has been tested and validated on several samples.

Cette thèse porte sur l’élaboration d’un outil de capture d’ADN permettant d’identifier une mutation génétique (SNP) grâce à la formation de sandwichs avec des particules de carboxylatex biofonctionnalisées avec des oligonucléotides couplée à une détection de la fluorescence. Le modèle biologique choisi pour ce projet est le génotypage plaquettaire et plus particulièrement la recherche du gène biallélique HPA-1. Le principal objectif de ce travail a été d’optimiser un outil de capture préalablement développé dans l’équipe (Trévisan, 2011) afin de réduire le nombre d’étapes et de simplifier la mise en oeuvre globale du test en modifiant les interactions moléculaires utilisée pour capturer l’ADN cible et en utilisant des particules fluorescentes comme élément de détection. En présence d’ADN cible, des sandwichs sont formés entre les particules fluorescentes et les particules magnétiques biofonctionnalisées. Ces sandwichs sont purifiés par séparation magnétique et la fluorescence est détectée par trois méthodes : la cytométrie en flux, l’imagerie de fluorescence et l’Evareader (détection par ondes évanescentes). Dans un premier temps, les paramètres de fonctionnalisation chimique et biologique des différentes particules (magnétiques et fluorescentes) ont été déterminés et optimisés ainsi que les conditions d’hybridation pour la capture de l’ADN cible. Ensuite, la formation des sandwichs et leur détection ont été suivies par des mesures de fluorescence en utilisant trois méthodes différentes : la cytométrie en flux, l’imagerie de fluorescence et l’Evareader (capteur à ondes évanescentes). Les résultats obtenus avec les différentes méthodes de détection sont concordants et montrent que l’outil de capture d’ADN développé permet de capturer la cible synthétique (oligonucléotide) HPA-1 en réduisant le temps d’analyse de 45 min. Dans nos conditions, le test permet de discriminer l’allèle a de l’allèle b du gène HPA-1 qui ne diffère que d’un nucléotide. Le rapport des signaux de fluorescence issus du sandwich spécifique et du sandwich non spécifique est d’environ 2,5 à 3. Ce rapport devra être amélioré par la suite, en optimisant les conditions de formation des sandwichs. La prochaine étape consistera à optimiser le système de capture d’ADN développé pour gagner en spécificité et déterminer la limite de détection du test. Ce test devra également être validé avec des échantillons biologiques. A plus long terme, la fluorescence pourra être détectée par un photodétecteur miniaturisé actuellement développé à l’Université de Sherbrooke. Des études préliminaires présentées dans ce manuscrit montrent les potentialités de ce nouveau transducteur. / This thesis is about the development of a new assay to capture DNA. This assay is based on the formation of sandwiches between biofunctionnalized with oligonucleotides carboxylatex microparticles combined with fluorescence detection. It should be able to discriminate single nucleotide polymorphism (SNP). This assay is designed to be applied to platelet genotyping for the research of the gene HPA-1. The main goal of this work was to improve an assay previously developed (Trévisan, 2011) by INL and EFS Rhône-Alpes. The objectives are to reduce the number of steps and to simplify the test. To do so, the molecular interactions used in order to capture target DNA are modified and fluorescent microparticles are used for the detection. In the presence of target DNA, sandwiches are formed between both biofunctionnalized fluorescent and magnetic particles. Those sandwiches are purified through magnetic separation. Then, fluorescence is detected by three methods: flow cytometry, fluorescence imaging and Evareader (detection with an evanescent wave). First, chemical and biological parameters for the functionalization of the different particles (magnetic and fluorescent) are determined. The conditions for the capture of target DNA were optimized. Then, the formation and the detection of the sandwiches were estimated by measuring the fluorescence using three different methods: flow cytometry, fluorescence imaging and Evareader. The results obtained with the three methods are consistent. They show that the new system enables to capture synthetic target (oligonucleotide) HPA-1 with a reduction of total time analysis of 45 min. In our conditions, SNP can be discriminated for HPA-1 gene. For this discrimination, the fluorescence signal ratio about 2.5 to 3. This ratio should be improved by optimizing the conditions of sandwiches formation. Next step will consist in the optimization of the system developed to capture DNA in order to gain specificity and to determine the limit of detection. This test should also be validated with biological samples. In the long term, fluorescence could be detected by a miniaturized photodetector developed in the University of Sherbrook. Preliminary studies presented in this manuscript show the potentialities of this new transducer.

Abstract : Over the past three decades, various fields have witnessed a successful application of active magnetic bearing (AMB) systems. Their favorable features include supporting high-speed rotation, low power consumption, and rotor dynamics control. Although their losses are much lower than roller bearings, these losses could limit the operation in some applications such as flywheel energy storage systems and vacuum applications. Many researchers focused their efforts on boosting magnetic bearings energy efficiency via minimizing currents supplied to electromagnetic coils either by a software solution or a hardware solution. According to a previous study, we adopt the hardware solution in this thesis. More specifically, we investigate developing an efficient and yet simple control scheme for regulating a permanent magnet-biased active magnetic bearing system. The control objective here is to suppress the rotor vibrations and reduce the corresponding control currents as possible throughout a wide operating range. Although adopting the hardware approach could achieve an energy-efficient AMB, employing an advanced control scheme could achieve a further reduction in power consumption. Many advanced control techniques have been proposed in the literature to achieve a satisfactory performance. However, the complexity of the majority of control schemes and the potential requirement of powerful platform could discourage their application in practice. The motivation behind this work is to improve the closed-loop performance without the need to do model identification and following the conventional procedure for developing a model-based controller. Here, we propose applying the hybridization concept to exploit the classical PID control and some nonlinear control tools such as first- and second-order sliding mode control, high gain observer, backstepping, and adaptive techniques to develop efficient and practical control schemes. All developed control schemes in this thesis are digitally implemented and validated on the eZdsp F2812 control board. Therefore, the applicability of the proposed model-free techniques for practical application is demonstrated. Furthermore, some of the proposed control schemes successfully achieve a good compromise between the objectives of rotor vibration attenuation and control currents minimization over a wide operating range. / Résumé: Au cours des trois dernières décennies, divers domaines ont connu une application réussie des systèmes de paliers magnétiques actifs (PMA). Leurs caractéristiques favorables comprennent une capacité de rotation à grande vitesse, une faible consommation d'énergie, et le contrôle de la dynamique du rotor. Bien que leurs pertes soient beaucoup plus basses que les roulements à rouleaux, ces pertes pourraient limiter l'opération dans certaines applications telles que les systèmes de stockage d'énergie à volant d'inertie et les applications sous vide. De nombreux chercheurs ont concentré leurs efforts sur le renforcement de l'efficacité énergétique des paliers magnétiques par la minimisation des courants fournis aux bobines électromagnétiques soit par une solution logicielle, soit par une solution matérielle. Selon une étude précédente, nous adoptons la solution matérielle dans cette thèse. Plus précisément, nous étudions le développement d'un système de contrôle efficace et simple pour réguler un système de palier magnétique actif à aimant permanent polarisé. L'objectif de contrôle ici est de supprimer les vibrations du rotor et de réduire les courants de commande correspondants autant que possible tout au long d'une large plage de fonctionnement. Bien que l'adoption de l'approche matérielle pourrait atteindre un PMA économe en énergie, un système de contrôle avancé pourrait parvenir à une réduction supplémentaire de la consommation d'énergie. De nombreuses techniques de contrôle avancées ont été proposées dans la littérature pour obtenir une performance satisfaisante. Cependant, la complexité de la majorité des systèmes de contrôle et l'exigence potentielle d’une plate-forme puissante pourrait décourager leur application dans la pratique. La motivation derrière ce travail est d'améliorer les performances en boucle fermée, sans la nécessité de procéder à l'identification du modèle et en suivant la procédure classique pour développer un contrôleur basé sur un modèle. Ici, nous proposons l'application du concept d'hybridation pour exploiter le contrôle PID classique et certains outils de contrôle non linéaires tels que contrôle par mode glissement du premier et du second ordre, observateur à grand gain, backstepping et techniques adaptatives pour développer des systèmes de contrôle efficaces et pratiques. Tous les systèmes de contrôle développés dans cette thèse sont numériquement mis en oeuvre et évaluées sur la carte de contrôle eZdsp F2812. Par conséquent, l'applicabilité des techniques de modèle libre proposé pour l'application pratique est démontrée. En outre, certains des régimes de contrôle proposés ont réalisé avec succès un bon compromis entre les objectifs au rotor d’atténuation des vibrations et la minimisation des courants de commande sur une grande plage de fonctionnement.

Les nanotubes de carbone (NTCs), en raison de leurs propriétés exceptionnelles et d’une utilisation potentielle dans un grand nombre d'applications, constituent surement la classe la plus étudiée des nanomatériaux. Les NTCs fonctionnalisés, qui peuvent être facilement manipulés et modifiés par liaison covalente ou fonctionnalisation non covalente, apparaissent comme de nouveaux outils dans le domaine des biotechnologies et en biomédecine. En effet, les NTC ont des propriétés optiques, électroniques et mécaniques qui peuvent être exploitées dans des applications biologiques ou biomédicales. Les nanoparticules magnétiques métalliques (NPMMs) de la série 3d ainsi que leurs alliages présentent d'excellentes propriétés magnétiques contrairement à leurs homologues oxydes, qui peuvent être exploitées en biomédecine et pour l'enregistrement magnétique ultra-haute densité. Les nano-matériaux confinés dans les NTCs peuvent présenter des propriétés et des comportements différents par rapport aux matériaux massifs. Divers effets de confinement provenant de l'interaction entre les matériaux confinés et les cavités internes des nanotubes de carbone offrent des possibilités de réglage ou la conception de nouveaux nanocomposites. Cette thèse est consacrée à l’étude d’une nouvelle approche pour le développement de matériaux nanocomposites NPMMs@NTC et de leurs propriétés. Des NPMMs de taille et forme contrôlée de Co et de Fe ont été synthétisées avec de nouveaux ligands aromatiques comme stabilisants. Ces MMNPs ont ensuite été introduites de manière sélective dans la cavité de NTCs du fait d’interactions attractives/répulsives entre les nanotubes de carbone multi-parois fonctionnalisés et les NPMMs. Nous nous sommes ensuite intéressés à la protection de ces nanoparticules de l’oxydation par l’air. Les nanoparticules de fer confinées ont ainsi été revêtues par du polyisoprène. Pour ce faire, la surface des nanoparticules de Fe a été modifiée avec un catalyseur de polymérisation par échange de ligand, puis la polymérisation de l'isoprène a été réalisée à l'intérieur du canal des NTCs. La protection de l'oxydation par le polyisoprène a été évaluée par des mesures magnétiques après exposition à l'air. De façon tout à fait surprenante, cette étude a montré que les nanoparticules de fer les plus résistantes à l’oxydation étaient celles obtenues après échange de ligand et sans polymérisation. Dans ce cas seulement les propriétés des nanoparticules originales sont maintenues après mise à l’air. Enfin, des nanostructures (particules ou fils) magnétiques bimétalliques associant le Pt au cobalt ou au fer ont été obtenues et confinées dans les NTCs. Leurs structures chimiques ordonnées ont également été étudiées par des études de recuit thermique. Le travail développé dans cette thèse ouvre de nouvelles perspectives pour la production de nouveaux nanocomposites MMNPs@NTC résistants à l’oxydation. / Carbon nanotubes (CNTs), because of their unique properties and potential use in a variety of applications, are probably the most studied class of nanomaterials. Functionalized CNTs, which can be easily manipulated and modified by covalent or non-covalent functionalization, appear as new tools in biotechnology and biomedicine. Indeed, CNTs have optical, electronic and mechanical properties that can be exploited in biological or biomedical applications. Metallic magnetic nanoparticles (MMNPs) of the 3d series and their alloys exhibit excellent magnetic properties unlike their oxide counterparts, which can be exploited in biomedicine and ultra-high density magnetic recording. When confined in CNTs nano-materials can have different properties and behaviors compared to bulk materials. Various confinement effects resulting from the interaction between the confined materials and the internal cavities of CNTs provide opportunities for regulating or designing new nanocomposites. This thesis is devoted to the study of a new approach for the development of nanocomposite materials MMNPs@CNTs and their properties. MMNPs of controlled size and shape of Co and Fe were synthesized with novel aromatic ligands as stabilizers. These MMNPs were then selectively introduced into the cavity of CNTs due to repulsive/attractive interactions between the functionalized multi-walled CNTs and the MMNPs. We were then interested in the protection of these nanoparticles from oxidation by air. Thus, confined iron nanoparticles have been coated with polyisoprene. To do this, the surface of the Fe nanoparticles has been modified with a polymerization catalyst by ligand exchange; then, polymerization of isoprene was conducted inside the channel of CNTs. The protection from oxidation by the polyisoprene was evaluated by magnetic measurements after exposure to air. Quite surprisingly, this study showed that the iron nanoparticles the more resistant to oxidation were those obtained after ligand exchange and without polymerization. In this case only, the original properties of the nanoparticles are maintained after venting. Finally, magnetic bimetallic nanostructures (particles or rods) combining Pt and cobalt or iron were obtained and confined in CNTs. Their chemical structure orderings were also studied by thermal annealing studies. The work developed in this thesis opens up new perspectives for the production of new MMNPs@NTC nanocomposites resistant to oxidation.